预应力混凝土连续箱梁桥长期变形影响研究

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近年来,随着经济的发展和技术的完善,变截面预应力混凝土箱梁桥被广泛应用。然而,随着使用年限的增长,旧桥的种种病害也都体现出来了,其中以跨中下挠和开裂病害最为突出。对于预应力箱梁桥,由于太阳照射的不均匀以及混凝土热传导的滞后性,内外难免有温差,而结构有约束,因而结构会产生温度应力。有研究表明,温度应力甚至超过活载应力。同时,预应力在结构中会随时间持续降低,而预应力的损失与结构抗裂性能、承载能力、挠度等性能密切相关。温度效应与预应力损失都与结构裂缝损伤相关,结构开裂后,其刚度折减,对桥梁的承载力和耐久性都有不利的影响。因此,本文基于变截面预应力混凝土箱梁桥,采用理论分析、有限元模拟及实桥监测三方面对比分析的方法,针对温度效应、预应力损失及裂缝损伤三方面对桥梁结构的影响进行研究,主要内容如下所述:(1)阐述了混凝土变截面箱梁桥的使用现状,连续箱梁桥的典型病害及现行主要桥梁加固方法。此外,分别对温度效应、预应力损失及桥梁结构裂缝对下挠影响的国内外研究现状进行总结。(2)对温度场、温度效应的分析理论进行了总结及推导。采用ABAQUS热分析功能建立二维温度场的有限元模型,分析了温度场的影响因素。确定对流热交换系数及大气温度,引入辐射气温的概念,将第二类边界条件转换成第三类边界条件,确定温度场的边界条件,进行温度场的数值模拟。将温度场的模拟结果导入实体模型,分析了温度效应对挠度及应力的影响。(3)结合规范和实桥监测数据,对预应力损失的瞬时损失和长期损失进行了计算分析,得到了预应力损失的时程分析结果。利用ABAQUS有限元分析软件,分析了三向预应力及不同纵向预应力损失对预应力混凝土连续箱梁桥加固前后挠度的影响。(4)总结归纳了混凝土箱梁裂缝产生机理、箱梁裂缝的分类及混凝土开裂问题分析方法,讨论分析了裂缝有限元分析理论。基于实桥裂缝分布情况,采用ABAQUS有限元分析软件,利用生死单元法分别讨论分析了实桥中跨1/4截面腹板裂缝及中跨跨中底板裂缝的不同高度、条数对结构及其动力特性的影响。
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