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折线先张法预应力混凝土箱梁受力性能及工程应用研究

王新宇  
【摘要】:折线先张法预应力混凝土梁是我国近年来开始在桥梁工程中应用的一种新型预应力混凝土梁,它克服了传统的采用直线形预应力筋先张法混凝土构件不能适用较大跨度的缺点,具有后张法构件可变化预应力筋线形的优点,能适用于建造较大跨度的混凝土桥梁;更重要的是省去了后张法预留孔道、穿筋、灌浆等工序,从根本上克服了后张法预应力混凝土梁孔道灌浆不实的缺点,使预应力筋与混凝土能有效粘结,可避免因混凝土开裂引起的预应力筋锈蚀,显著提高了混凝土桥梁的耐久性;应用于构件数量较多、工作环境较差的公路、铁路桥梁,尤其是跨海大桥、高寒地区的桥梁工程中经济效益和社会效益十分明显。由于折线先张法预应力混凝土梁的一些明显优点,近年来在国内外跨海大桥、高速公路桥和高铁桥梁中已开始应用。 本文结合我国在高速公路桥梁中首次应用35m折线先张法预应力混凝土箱梁的工程实例—河南省境内驻马店至桐柏高速公路淮河大桥,对折线先张法预应力混凝土梁的预应力参数、12m折线先张法预应力混凝土模型箱梁受力性能、35m折线先张法预应力混凝土箱梁的施工监测及受力性能、以及折线先张法预应力混凝土箱梁钢绞线锚固区和弯起区的局部应力等进行了较系统的研究和分析,提出了相应的设计计算方法和施工要点的建议,为折线先张法预应力混凝土箱梁这种新型预应力梁的工程应用提供了依据。论文的主要工作有: 1.折线先张法预应力参数的试验研究 根据折线先张法预应力混凝土梁受力性能分析的需要,结合工程应用中采用的拉板式弯起器,对钢绞线的弯折抗拉强度、弯折摩擦损失进行了试验研究,对钢绞线在折线先张法构件中的预应力传递长度进行试验验证,得到了钢绞线弯折抗拉强度、弯折摩擦损失和预应力传递长度等相关预应力参数的计算公式,为折线先张法预应力混凝土箱梁的计算分析和工程设计提供了依据。 2.12m折线先张法预应力混凝土模型箱梁受力性能的研究 结合12m折线先张法预应力混凝土模型箱梁的制作,对钢绞线张拉和放张过程中的应变(应力)进行监测,分析了施工阶段钢绞线的各项预应力损失,提出了折线先张法预应力混凝土箱梁预应力损失的计算方法;通过模型箱梁受力性能的试验,分析了折线先张法预应力混凝土箱梁的受力特点;并通过对折线先张法预应力混凝土箱梁混凝土预压应力、承载力、抗裂性、挠度和裂缝宽度的计算分析,提出了设计计算方法的建议。 3.35m折线先张法预应力混凝土箱梁的施工监测及受力性能试验 结合折线先张法预应力混凝土箱梁在我国高速公路桥梁中首次应用的工程实例—河南省驻马店至桐柏高速公路淮河大桥,对35m折线先张法预应力混凝土箱梁制作过程中钢绞线的应力、张拉横梁和钢筋混凝土反力梁的变形、以及放张钢绞线时梁顶和梁端腹板端部的混凝土应变(应力)进行了监测;对其中1片箱梁进行了竖向荷载作用下受力性能的试验,根据试验结果对箱梁的挠度、抗裂性能、裂缝开展以及承载力进行了分析,获得了宝贵的工程试验数据。 4.折线先张法预应力混凝土箱梁局部应力分析 针对折线先张法预应力混凝土梁在早期试验研究中曾出现的钢绞线锚固区和钢绞线弯起区混凝土开裂的问题,运用有限元分析程序对4种工况下折线先张法预应力混凝土箱梁腹板端部钢绞线锚固区和拉板式弯起器钢绞线弯起区混凝土的局部应力进行了分析,提出了适当增大梁端腹板厚度、设置钢绞线锚固失效段等防止梁端混凝土开裂的措施,并通过对实际工程梁端混凝土局部应力的量测进行了验证。 5.折线先张法预应力混凝土箱梁张拉和放张工艺 在总结12m和35m折线先张法预应力混凝土箱梁设计制作、施工监测和试验研究结果的基础上,提出了折线先张法预应力混凝土箱梁张拉和放张工艺要点的建议,供实际工程应用时参考。


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