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大跨预应力混凝土箱梁结构计算分析研究

陈衡治  
【摘要】:预应力混凝土箱梁结构以其诸多优点已在桥梁工程中广泛应用,本文针对目前大跨预应力混凝土箱梁结构计算分析研究中所存在的主要问题,以杭州湾跨海大桥非通航孔工程上部结构为工程背景,对以下几方面进行了深入研究。 为提高大跨箱梁桥设计时分析的效率和精度,通过构造腹板和翼板单元,引入高次轴向位移函数,和采用自由度缩减技术,提出了基于板梁理论的考虑翘曲、剪力滞、畸变和板厚变化等影响的大跨箱梁桥整体分析方法,并以工程背景为例,与实体元结果进行了对比验证。 以通用有限元软件为平台,创建了快速三维实体建模方法,并提出预应力结构空间实体分析的等效节点力法。通过工程实例的仿真计算,显示该方法具有直观、详尽、精确等特点。为三维实体有限元在箱梁结构设计验算中的推广应用提供了有效的支持。 针对大吨位预应力群锚局压区研究中的不足,以工程背景为例,从各类规范方法计算分析、考虑锚具影响的三维实体有限元仿真及施工现场的应力测试分析等多方面对预应力砼箱梁在大吨位预应力群锚作用下的局压强度和抗裂性进行了研究。 在预应力砼箱梁温度应力场计算方法研究中,基于箱梁表面热交换平衡理论,建立了采用热瞬态分析和热—结构耦合求解技术计算温差应力场的方法,该方法可有效考虑气温地理环境等条件的影响。并与按公桥规温度模式计算比较,在得出大跨砼箱型梁桥温度效应特征的同时,指出了规范方法的不足。另一方面,提出了砼箱梁浇筑养护方案的数值评估方法,在与实测结果对比验证的基础上,以工程背景的整体预制砼箱梁的施工方案为例,对各种控制箱梁水化热的常用方法进行评估。为大跨预应力砼箱梁在浇筑阶段和运营阶段的温差裂缝控制提供了有力的理论保障。 为更精确有效地分析预应力砼箱梁结构体系的极限状态特性,建立了考虑双非线性的有限纤维梁段元法,并提出考虑全自由度的位移增量法,同时进行了原形梁极限承载试验以验证该方法精度。针对先简后连结构体系,提出了考虑施工过程影响的承载力计算方法,并以工程背景为例,分析其极限承载能力,同时还研究了结构在进入塑性后的内力重分布规律。 本文所得出的主要结论和研究成果可供预应力混凝土箱梁桥的计算设计和施工作参考。


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