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大跨度PC连续刚构桥挠曲开裂因素研究

文武松  
【摘要】: 预应力混凝土连续刚构桥有很多优点,随着预应力技术的发展,中小跨径预应力混凝土连续刚构桥在国内外已得到广泛使用。大吨位群锚预应力技术的出现和悬臂灌筑技术的发展使预应力混凝土连续刚构桥在大跨径桥梁建设领域也显现出很强的竞争优势。近三十年来我国建成了许多跨径在100m至300m左右的大跨径预应力混凝土连续刚构桥。但是,这些桥梁在建成后运营不久多出现梁体开裂,挠度持续增加的问题,而且这些问题带有相当大的普遍性,严重地影响着这类桥的建设和发展。本文针对上述问题进行了以下研究工作,以期理清各相关因素的影响程度,为高质量地设计修建大跨预应力混凝土连续刚构桥提供依据。 一、对国内外已建成的大跨预应力混凝土连续刚构桥的建设和运营状况进行了较全面的调查研究,较详细地分析了国内有代表性的十多座大跨预应力混凝土连续刚构桥的病害现状及其形成和发展过程,并针对其主要成因进行分析。 二、混凝土收缩徐变对大跨度预应力混凝土连续刚构桥这种超静定结构的内力和变形的影响是一个很复杂的过程,论文分析了国内外有代表性的几种规范对这一问题的处理方式和方法,并对其计算结果的差异进行了对比分析。同时,对五座桥的收缩徐变试验结果做了详细的分析对比。 三、通过计算分析,深入研究了运营荷载对这类桥梁徐变变形的发展历程和规律的影响。计算分析表明,汽车运营荷载的徐变效应是不容忽略的,以苏通长江大桥辅航道桥为例,考虑汽车活载效应的成桥10年挠度徐变增量为20cm,增量达5.3cm,占原不考虑汽车活载效应挠度值的36%。因此,建议在设置桥梁预拱度时应充分考虑这一因素。分析表明,合龙时张拉合龙束对克服后期徐变挠度有一定的好处,但兼顾各方面的影响因素,以一年后补张拉为更优。 四、大跨预应力混凝土连续刚构桥的0号块属大体积混凝土,其浇筑时的水化热效应十分突出,是业内人士普遍关注的问题之一,对其缺乏认识或处置不当,常导致梁体开裂。本文通过研究分析,摸清了该大体积混凝土在浇筑时期,各部分温度升降幅度及其变化规律,以及与之对应的混凝土拉应力升降规律和分布规律,为消解混凝土水化热,采取合理的降温和养生措施防止或减小混凝土开裂提供了依据。 五、本文以苏通长江大桥辅航道桥为例,通过对该桥在建设过程中的实时监控,认真总结了大跨预应力混凝土连续刚构桥施工过程中各种因素对成桥质量和线形的影响。研究和实时监测结果表明,混凝土收缩、徐变性能,大风、温度等环境因素,预应力施工误差,施工节段重量误差,挂篮及临时施工荷载等5种因素是影响成桥质量和线形的主因。对这5种影响因素的控制形成了一整套切实可行的措施和方法。 六、以苏通长江大桥辅航道桥为例,分析这一典型的大跨预应力混凝土连续刚构桥从承台施工—桥墩及零号块施工—悬臂灌筑梁体混凝土—合龙—施加二期恒载—运营整个过程的内力和变形历程,剖析每一设计因素和施工措施对整个结构内力和线形的影响。 七、对大跨预应力混凝土连续刚构桥的几个特殊问题进行了较为深入的分析和探讨,这包括:桩基础和承台对桥墩底端约束按固结和弹性约束计算的差别,悬臂施工期间最不利状态下的稳定性分析,纵向预应力和竖向预应力有效性分析,运营阶段横向受力分析及横向预应力有效性的探讨,考虑改变梁体部分截面尺寸对其整体受力状况的影响,箱梁局部应力的分析及其影响。对这些问题的深入剖析可以使我们更清楚地明了混凝土连续刚构桥整个受力历程及可能产生病害的原因。


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