连续刚构桥跨中底板崩裂及其影响因素分析

论文摘要

由于预应力混凝土连续刚构桥优良的结构特性,成为许多中大跨径桥梁的首选。然而连续刚构桥在施工及服役期间易出现各种不同形式的裂缝,其中跨中底板开裂问题成为了阻碍其发展的突出问题,也是工程界和学术界共同关注的一个问题。底板裂缝的出现对结构的安全性和耐久性都产生了十分不利的影响,因此对连续刚构桥底板崩裂及其影响因素进行分析,可为连续刚构桥的施工和设计提供参考,具有一定的工程意义。本文依据混凝土裂缝分析理论,对混凝土材料的本构关系、破坏准则等作了归纳总结,针对开裂结构的特征介绍了本文所采用的非线性分析方法,并对有限元模型中单元的处理与选择进行了详细的介绍。总结了连续刚构桥底板开裂的原因和破坏形式,并分别从连续刚构桥箱梁底板线形、预应力管道的混凝土保护层厚度等方面分析了外崩力的影响因素,指出钢束张拉引起的径向力是造成底板崩裂的主要原因,且实际施工过程中径向力远大于设计状态值,并分别对预应力管道的混凝土保护层厚度和波纹管中心临界距离的设计提出了建议。对影响底板开裂的因素进行了模拟,总结了径向力作用下底板局部产生裂缝的原因。通过对不同预应力管道的混凝土保护层厚度、不同张拉次序、不同部位钢束崩脱以及泊松效应的仿真模拟,分析了这些因素对底板混凝土崩裂的影响程度。最后针对连续刚构桥底板防崩的要点,分别从设计和施工的角度提出了几种常用的底板防崩处理方法,并介绍了各处理方法的特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 连续刚构桥的结构特点
• 1.3 混凝土结构裂缝的类型特征与产生原因
• 1.3.1 混凝土裂缝的类型
• 1.3.2 混凝土裂缝产生的原因
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 混凝土材料的非线性分析方法
• 2.1 混凝土材料的裂缝分析模型与破坏准则
• 2.1.1 混凝土材料的裂缝分析模型
• 2.1.2 混凝土材料的破坏准则
• 2.2 钢筋与混凝土的联结模型
• 2.2.1 位移完全协调的联结模型
• 2.2.2 位移不协调的联结模型
• 2.3 混凝土材料的有限元平衡方程
• 2.3.1 弹性力学基本假定
• 2.3.2 线性有限元平衡方程
• 2.3.3 非线性有限元平衡方程
• 2.4 有限元分析
• 2.4.1 单元有限元处理
• 2.4.2 总应变裂缝模型
• 2.5 本章小结
• 第三章 连续刚构桥跨中底板径向力成因分析
• 3.1 连续刚构桥跨中段底板开裂形式
• 3.2 连续刚构桥底板径向力影响因素分析
• 3.2.1 箱梁底板曲线线形对钢束外崩力的影响
• 3.2.2 箱梁底板预应力束折线线形对钢束外崩力的影响
• 3.2.3 预应力管道保护层厚度与中心间距对底板开裂的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 径向力作用下箱梁底板非线性分析
• 4.1 单元模型
• 4.1.1 整体梁单元模型
• 4.1.2 局部分析
• 4.2 材料非线性分析
• 4.2.1 径向力作用下底板混凝土的有限元分析
• 4.2.2 不同底板厚度下底板混凝土的有限元分析
• 4.2.3 不同钢束张拉条件下底板混凝土的有限元分析
• 4.2.4 底板混凝土崩脱后局部应力计算结果的模拟
• 4.2.5 泊松效应对底板混凝土破坏的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 连续刚构桥箱梁底板抗裂对策分析
• 5.1 一般裂缝的维修处理方法
• 5.2 底板防崩处理方法
• 5.2.1 横隔板、加劲肋底板防崩法
• 5.2.2 钢板、碳纤维布加固法
• 5.2.3 箍筋对底板防崩的影响
• 5.3 连续刚构跨中底板防崩的设计与施工措施
• 5.3.1 设计措施
• 5.3.2 施工措施
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得的科研成果