預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋開裂的數(shù)值分析方法.pdf

1、預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋以其結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn)，在我國橋梁建設(shè)中獲得廣泛應(yīng)用，但在施工和使用階段，箱梁的不同部位出現(xiàn)了不同程度的損傷開裂問題，且具有一定的普遍性，直接影響到橋梁的安全性、耐久性及使用壽命，對此，工程界迫切需要對箱梁開裂問題給出確定性的解答。本文針對既有預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的開裂問題，在分析比較現(xiàn)有混凝土開裂研究方法的基礎(chǔ)上，采用有限元數(shù)值分析技術(shù)，對箱梁開裂原因及影響因素進(jìn)行了較全面的研究，對現(xiàn)有橋梁設(shè)計方法存在的問題提出改

2、進(jìn)建議。本文的研究內(nèi)容體現(xiàn)在以下幾個方面： (1)在查閱大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對既有預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁開裂情況、裂縫成因及研究方法進(jìn)行了系統(tǒng)的回顧與總結(jié)。提出了基于應(yīng)力狀態(tài)防裂的設(shè)計思想，采用有限元數(shù)值分析方法研究預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁的開裂問題。 (2)現(xiàn)有有限元數(shù)值分析方法在單元劃分時，要求預(yù)應(yīng)力鋼筋單元與混凝土單元節(jié)點(diǎn)必須重合，這對曲線布束的箱梁很難滿足這一要求。為解決此問題，本文提出嵌入式預(yù)應(yīng)力混凝土組合單元模

3、型的概念，其中，混凝土采用20節(jié)點(diǎn)實(shí)體等參元模型，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用空間桿單元模型，在不考慮鋼筋滑移的前提下，建立了兩種單元的位移轉(zhuǎn)換矩陣，進(jìn)而導(dǎo)出包含預(yù)應(yīng)力鋼筋貢獻(xiàn)的預(yù)應(yīng)力混凝土組合單元剛度矩陣。利用嵌入式組合剛度的概念，在單元劃分時不必考慮預(yù)應(yīng)力鋼筋的布束方式，預(yù)應(yīng)力鋼筋單元可隨意穿過混凝土單元。同時，為解決預(yù)應(yīng)力鋼筋單元節(jié)點(diǎn)預(yù)加力向?qū)嶓w單元節(jié)點(diǎn)荷載轉(zhuǎn)換和考慮混凝土收縮徐變效應(yīng)對預(yù)加應(yīng)力的影響提供了一種行之有效的技術(shù)手段。 (3

4、)采用空間預(yù)應(yīng)力桿單元與混凝土實(shí)體等參元的組合剛度模擬預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的力學(xué)特性，從本質(zhì)上區(qū)別于傳統(tǒng)算法。基于以上算法研制的有限元程序，可考慮混凝土收縮徐變效應(yīng)，可體現(xiàn)箱梁剪滯效應(yīng)和翹曲畸變效應(yīng)，在箱梁結(jié)構(gòu)分析時，其分析結(jié)果可更真實(shí)地反映箱梁空間應(yīng)力狀態(tài)，并通過算例分析驗(yàn)證了本程序算法的可靠性。 (4)由于《橋規(guī)》(JTJ021.89)采用的溫度荷載模式與箱梁實(shí)際溫度分布存在較大差異，本文在討論箱梁非線性溫度荷載的分布及確定方法

5、的基礎(chǔ)上，采用《橋規(guī)》(JTGD60—2004)中規(guī)定的非線性溫度梯度荷載分析了溫度應(yīng)力沿箱梁各部位的分布規(guī)律，研究了箱梁橋設(shè)計參數(shù)、《橋規(guī)》(JTJ021.89)的溫度荷載模式及《橋規(guī)》(JTGD60-2004)中兩種不同溫度梯度的規(guī)定對溫度應(yīng)力的影響，結(jié)果顯示，溫度梯度荷載引起的溫度應(yīng)力沿箱梁各部位的分布非常不均勻，由此所產(chǎn)生的箱梁局部應(yīng)力較大處與既有預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋的開裂部位基本吻合。因此，非線性溫度應(yīng)力的分析對研究箱梁開裂

6、問題十分重要。 (5)針對東莞市石龍鎮(zhèn)二橋的開裂問題，通過對箱梁空間應(yīng)力的精細(xì)化分析，較為全面的分析研究了箱梁的裂縫成因及影響因素。結(jié)果表明，箱梁出現(xiàn)嚴(yán)重開裂的部位與出現(xiàn)最大拉應(yīng)力的部位基本一致，其中，溫度應(yīng)力的影響及預(yù)應(yīng)力鋼束設(shè)計方法存在的問題是引起箱梁開裂的主要原因。進(jìn)而證明了采用本文提出的數(shù)值分析方法研究箱梁開裂問題的必要性和可行性。 (6)根據(jù)本文的研究結(jié)論，現(xiàn)階段橋梁設(shè)計在兩個方面有待改進(jìn)：首先，由于平面桿系程