【博士】地錨式預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋受力性能分析【2009】

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　　學(xué)科專業(yè)：道路與鐵道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：東南大學(xué)　　學(xué)位年度： 2009年　　隨著山區(qū)高速公路建設(shè)的發(fā)展，地錨式(包括部分地錨式)大跨混凝七斜拉橋是跨越深切峽谷橋梁的一個(gè)可供選擇的較好方案。與普通大跨混凝土斜拉橋相比，大跨地錨式混凝土斜拉橋的結(jié)構(gòu)體系及其受力性能有其明顯的不同特征，特別是其在溫度和混凝土收縮徐變等非荷載作用下的結(jié)構(gòu)反應(yīng)以及在使用荷載作用下的幾何非線性及穩(wěn)定性能應(yīng)該有其不同的特點(diǎn)，而目前國(guó)內(nèi)外對(duì)這些問(wèn)題的研究還很不足。本文依托湖北省鄖陽(yáng)漢江公路人橋?qū)ζ浣Y(jié)構(gòu)的主要受力性能，特別是其長(zhǎng)期受力性能，進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)11年的較系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試與相應(yīng)的理論分析，包括結(jié)構(gòu)的兒何非線性及穩(wěn)定分析、溫度效應(yīng)分析、收縮徐變效應(yīng)的長(zhǎng)期觀測(cè)與分析等。主要研究?jī)?nèi)容如下：　　1． 幾何非線性效應(yīng)及穩(wěn)定分析　　對(duì)大跨斜拉橋幾何非線性和穩(wěn)定分析的基本理論進(jìn)行了介紹和評(píng)述，然后利用本文所編制的大跨斜拉橋幾何非線性分析程序，以鄖剛漢江公路火橋?yàn)楸尘?，?duì)其幾何非線性受力特性行了計(jì)算分析，并利用商業(yè)有限元程序?qū)ζ浞€(wěn)定性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：盡管鄖陽(yáng)橋跨中設(shè)有無(wú)軸力鉸，但成橋結(jié)構(gòu)的幾何非線性影響還是較小。其次跨中設(shè)鉸的實(shí)橋方案其結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性安全系數(shù)滿足不小于4的設(shè)計(jì)要求，但跨中無(wú)軸力鉸的存在會(huì)大大降低結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，因此單就斜拉橋整體穩(wěn)定性而言，跨中不應(yīng)設(shè)置無(wú)軸力鉸。　　2． 溫度效應(yīng)分析　　采用ANSYS及現(xiàn)有較為典型的溫差模式(現(xiàn)行公路橋規(guī)和鐵路規(guī)范)對(duì)鄖陽(yáng)漢江公路大橋進(jìn)行了溫度效廊的空間分析，其結(jié)果表明在采用同樣的溫度設(shè)計(jì)值的情況下，由此計(jì)算出的應(yīng)力(不論是縱向應(yīng)力還是橫向應(yīng)力)及位移均相籌不大。結(jié)果還表明混凝土斜拉橋的箱形主梁在正溫差作用下的橫向應(yīng)力及箱梁在負(fù)溫差作用下的效應(yīng)應(yīng)予以重視，因此對(duì)混凝土斜拉橋進(jìn)行溫度效應(yīng)分析時(shí)，建議選用非線性的溫度梯度模式如現(xiàn)行公路橋規(guī)或者鐵路橋規(guī)，其溫度設(shè)計(jì)值建議取為20-25℃之間。此外負(fù)溫差引起的溫度效應(yīng)較之正溫差更應(yīng)引起重視，對(duì)混凝士斜拉橋進(jìn)行負(fù)溫差效應(yīng)分析時(shí)，建議選剛現(xiàn)行橋規(guī)負(fù)溫差模式，其溫度設(shè)計(jì)值建議取為l0~14℃之間。而整體升降溫分析結(jié)果表明對(duì)了：地錨式斜拉橋，在考慮溫度影響時(shí)必須設(shè)置跨中無(wú)軸力鉸?！　?． 收縮徐變效應(yīng)　　(1)對(duì)鄖陽(yáng)漢江公路人橋進(jìn)行了多年的跟蹤觀測(cè)，取得了大批詳實(shí)可靠的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析后可發(fā)現(xiàn)靠近跨中的測(cè)點(diǎn)撓度具有明顯的增人趨勢(shì)，而靠近索塔的測(cè)點(diǎn)撓度，其變化均較?。粚?duì)于塔頂偏位，兩側(cè)索塔變化均較為平穩(wěn)，其中鄖陽(yáng)側(cè)塔項(xiàng)偏位相對(duì)于十堰側(cè)塔頂偏位要火；對(duì)于斜拉索索力，不論邊跨索還是中跨索、長(zhǎng)索還是短索，人多數(shù)斜拉索索力在運(yùn)營(yíng)階段變化均較小，均趨于平穩(wěn)。結(jié)果還表明：10余年運(yùn)營(yíng)后的鄖陽(yáng)漢江公路人橋，其結(jié)構(gòu)的整體受力性能良好。　　(2)探討了混凝十溫度、環(huán)境相對(duì)濕度、混凝士配筋率、箱梁局部理論厚度等岡素對(duì)混凝土收縮徐變的影響，并基于疊加原理提出了綜合考慮上述各閃素的混凝土收縮應(yīng)變和徐變系數(shù)計(jì)算方法，其結(jié)果能夠反應(yīng)混凝十收縮徐變?cè)谧匀画h(huán)境中的主要特性，表明本文上述混凝土收縮應(yīng)變和徐變系數(shù)計(jì)算方法能夠較好的應(yīng)用于處于自然環(huán)境中的火跨箱梁橋的收縮徐變效應(yīng)分析中；　　(3)采用MIDAS及本文所提出的混凝十收縮應(yīng)變和徐變系數(shù)計(jì)算方法，對(duì)地錨式人跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋的收縮徐變效應(yīng)進(jìn)行了較詳盡的分析，其結(jié)果指出在缺乏實(shí)際資料的情況下，推薦采用CEB．FIP90模型和本文提出的修正方法進(jìn)行箱梁橋的收縮徐變效應(yīng)計(jì)算：此外本文探討了混凝土溫度、環(huán)境相對(duì)濕度、混凝十配筋率、箱梁局部理論厚度等因素及其變化對(duì)地錨式大跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋收縮徐變效應(yīng)的影響，結(jié)果表明是否考慮上述各因素對(duì)于混凝土收縮徐變效應(yīng)的影響均較為明顯，因此要準(zhǔn)確分析地錨式大跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋的收縮徐變效應(yīng)，應(yīng)該考慮上述因素對(duì)結(jié)構(gòu)收縮徐變效應(yīng)的影響?！　?4)分析了地錨式大跨預(yù)應(yīng)力混凝十斜拉橋跨中無(wú)軸力鉸的存在對(duì)其收縮徐變效應(yīng)的影響。計(jì)算結(jié)果表明對(duì)于主梁撓度和塔頂偏位，跨中設(shè)鉸與否的影響較大，特別是跨中測(cè)點(diǎn)撓度，兩者相差近三倍，表明跨中無(wú)軸力鉸的存在對(duì)主梁長(zhǎng)期撓度和塔頂長(zhǎng)期偏位有較大的影響；對(duì)于斜拉索索力，兩者相差較小，相差一般在5％以內(nèi)，表明跨中無(wú)軸力鉸對(duì)斜拉索索力影響較??；對(duì)于主梁控制截面應(yīng)變，兩種體系下的曲線相籌同樣較大，差異不僅表現(xiàn)在數(shù)值上，在趨勢(shì)上同樣存在著較大差別，特別是在跨中截面下緣應(yīng)變，主梁跨中連續(xù)時(shí)，其應(yīng)變?cè)诔蓸蚝蠡沮呌诜€(wěn)定，而跨中設(shè)鉸接時(shí)，應(yīng)變?cè)谟?jì)算后期仍表現(xiàn)出繼續(xù)增大的趨勢(shì)，表明跨中無(wú)軸力鉸對(duì)主梁截面應(yīng)變有較大的影響?！　【C上可以看出，由于受地形限制而采取的地錨式斜拉橋，若采用橋面連續(xù)結(jié)構(gòu)體系時(shí)它不能適應(yīng)溫度變化所導(dǎo)致結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度變化的影響，若在其跨中設(shè)置無(wú)軸力鉸，對(duì)其穩(wěn)定性能和撓度產(chǎn)生不利影響，但可通過(guò)采取一些特別措施予以彌補(bǔ)，因此綜合考慮以上因素的影響，對(duì)于地錨式斜拉橋，建議在其跨中設(shè)置無(wú)軸力鉸?！　?

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