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预应力混凝土连续箱梁局部应力分析及拉—压杆设计

张文学  
【摘要】: 针对目前预应力混凝土连续箱梁腹板及锚固区附近开裂现象比较普遍,已严重影响该类桥梁的安全性和耐久性这一问题,从预应力混凝土箱梁应力非规则区域设计角度查找开裂原因。首先,采用实体单元建立了箱梁空间有限元模型,对箱梁的应力分布规律进行比较深入的分析,并与梁单元计算结果进行对比,进而将预应力混凝土箱梁分为应力规则区(B区)和应力非规则区(D区)。在此基础上,提出采用拉—压杆模型法对预应力混凝土连续箱梁应力非规则区域进行设计,为此本文主要做了如下主要工作: (1)对比国内外混凝土及预应力混凝土设计规范,针对混凝土应力限值、温度荷载、抗剪设计以及局部承压设计等规定进行了比较全面的对比。分析了公路桥规与其它规范之间存在的差异,并讨论了新公路桥规各项混凝土应力限值之间的协调性。 (2)总结国内外拉—压杆理论研究现状,以最小余能原理为基础,提出采用余能偏差系数作为拉—压杆模型合理性量化评价指标,并通过实例验证了该评价指标的可行性。 (3)以保证混凝土压杆破坏不先于箍筋屈服为条件,推导了拉—压杆夹角范围与腹板配筋率、腹板钢筋屈服强度和混凝土极限抗压强度等因素之间的关系。 (4)以具体预应力混凝土连续箱梁桥为例,采用实体单元建立空间有限元模型分析腹板应力分布情况,并与梁单元计算结果进行对比,在此基础上,提出对不符合平截面假定的区域采用拉—压杆模型进行分析。 (5)对预应力混凝土连续箱梁端锚和中间锚等不符合平截面假定的区域进行局部应力分析,在此基础上,建立了预应力混凝土连续箱梁端锚和中间锚拉—压杆模型。 (6)在分析顶、底板纵向搭接索“反拱石”产生机理的基础上,以具体预应力混凝土连续箱梁桥为例,建立了顶、底板纵向索搭接梁段拉—压杆模型,对顶、底板纵向搭接索引起的腹板竖向拉力进行了分析,并提出了设计注意事项。 (7)针对目前纵向布索方式存在较大争议这一问题,对不同布索方式的优缺点进行了理论对比分析和考虑到预应力损失及超载等因素后对比分析。


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