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混凝土空心板梁桥典型病害机理研究

王岗  
【摘要】:预应力混凝土空心板梁桥由于结构形式简单、施工方便、适用性强、经济指标好,为中小跨径桥梁的首选桥型之一。但这种结构在设计上还存在一些不完善的地方,影响桥梁结构的使用安全性和耐久性。本文以混凝土空心板梁桥铰缝开裂、底板纵向裂缝、桥面连续结构破损三种典型病害为对象,提出了用“膜层”模拟铰缝传力机理的计算模型,以及考虑铰缝错动影响的荷载横向分布系数计算方法;理论与实测分析了预应力混凝土空心板梁纵向开裂的机理,提出了设计和施工两方面的改善措施;通过精细有限元分析讨论了桥面连续结构的变形和应力分布特征,提出了拱型桥面连续装置以改善其抗破损性能,通过足尺试验和实桥应用检验了拱型桥面连续装置的有效性。研究成果对公路中小桥梁的结构设计、维护管理具有理论参考意义和工程应用价值。本文主要工作如下:1、通过桥梁横向弯曲变形特征及铰缝与梁板之间的黏结性能分析,提出了采用膜层结构模拟铰缝传力性能的三维有限元计算模型,以及考虑铰缝错动影响的修正荷载横向分布系数计算方法,并验证了方法的精度;2、采用膜层结构计算模型和修正的荷载横向分布系数计算方法,研究了空心板梁桥横向变形及铰缝的受力特性,分析了铰缝病害的形成机理,验证了铰缝与梁板之间的黏结失效是引起铰缝开裂的主要原因;在此基础上,提出了用方形铰缝替代传统大铰缝的设计建议;3、建立空心板桥梁上部结构的精细化空间有限元计算模型,研究了静力荷载作用下的结构反应以及车辆移动荷载作用下的车桥耦合振动响应;4、通过数值模拟及实测研究,分析了预应力施加过程中空心板梁的空间应力分布,探讨了底板纵向开裂机理,从设计和施工两方面提出了改善措施;5、根据精细有限元计算模型分析了传统拉杆式桥面连续的破坏机理,检验了两跨梁体相对位移是引起桥面连续开裂病害的关键因素。提出了拱型桥面连续结构,通过比较拱型和传统型桥面连续的力学性能,确认了拱型桥面连续具有改善桥面连续混凝土抗破损的效果;6、通过足尺模型和实桥静力试验,比较了拱型和传统型桥面连续的受力性能,验证了拱型桥面连续的有效性。


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