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随着材料技术、施工技术以及计算机技术等相关技术的发展,混凝土桥梁拼接大致遵循了从不连接到铰接(或柔性连接)再到刚性连接的过程,特别是对于大跨度混凝土桥梁,这一轨迹就更加明显。鉴于此,本文以大跨度预应力混凝土箱梁桥的拼接技术作为研究方向,研究大跨度箱梁通过翼缘板的刚性连接进行新旧桥梁拼接的关键技术线路。
制约新旧桥梁结构拼接的一个重要因素就是新旧桥梁收缩徐变差的影响,如何降低和控制新旧桥梁的收缩徐变差异成为拼接研究的关键,通过延长新桥建成后的拼接时间等提高新桥拼接时混凝土龄期的措施虽然可以达到降低新旧结构收缩徐变差的目的,但这些措施往往受到工期等因素的控制,因此,通过高性能混凝土材料的研究、应用来达到有效降低新旧结构收缩徐变差的目的为本文研究工作的一项重要内容。在吸取和参考铁路桥梁材料研究成果及经验的基础上,结合本项目的特点,高性能混凝土材料研究分为用于主梁的低收缩徐变混凝土材料的研制和用于连接带(后浇带)的早强缓膨胀混凝土材料的研制两项工作。研究表明:通过优化骨料组成、配比、外加剂等措施,可以有效的改善混凝土的收缩徐变性能;早强缓膨胀混凝土材料可以有效减小正常养护条件下混凝土的收缩量。
通过有限元仿真分析对结构拼接的可行性进行分析,其中混凝土收缩徐变分析是结构分析中的重点,本文选用有限元步进分析结合按龄期调整的有效模量法对混凝土的收缩徐变进行分析计算,采用此方法可以较好的模拟施工中结构的应力历程对收缩徐变的影响,同时可以方便的把混凝土实际的材料参数计入到模型计算中,从而提高混凝土收缩徐变分析的准确程度。
结合佛开高速公路拓宽项目的两座实桥,32+60+32m预应力混凝土连续刚构桥和8×30m预应力混凝土连续梁桥,对桥梁通过翼板的刚性连接实现拼接的可行性进行了深入探讨,包括结构拼接前后的整体内力状态和连接带的局部内力状态分析;新旧桥梁拼接前及拼接后在设计荷载标准下的安全性分析;施工方法、拼接时机、梁体材料、基础沉降等因素对拼接后结构内力状态的影响分析;局部轮压、混凝土收缩、结构沉降差等作用下翼板及连接带的内力状态分析等。
研究结果表明,新旧桥梁采用翼板刚性连接的形式,施工方法、拼接时机、梁体材料、沉降等因素对结构整体状态影响不十分显著,即,如果拼接前结构在设计荷载标准下的安全性满足要求并有一定的储备的情况下,连接后结构安全性仍会满足要求,无论对新桥还是旧桥情况均如此,当然,任何减小新旧结构收缩徐变差的措施对减小新旧桥梁内力的相互影响都是有利的。
后浇带及翼板的内力状态是新旧结构连接的控制关键点。在影响后浇带内力状态的因素中,以新旧结构的沉降差影响最大,而且最难以控制和处理,是影响因素中的重点和难点;运营荷载及收缩徐变引起的结构挠度差,是影响翼板局部内力状态的另一关键因素,它要求翼板有一定的柔度来协调结构的挠度差,但同时又必须有一定的刚度来保证翼板在运营轮载的局部作用的受力要求,随着结构跨度的加大,结构的挠度差异也变大,而梁体间翼板的连接宽度有限,在其它条件都满足的情况下,结构挠度差成为控制连接跨度的关键因素,文中据此对桥梁拼接跨度进行了初步的探讨;后浇带的收缩是造成连接部位局部应力集中的关键,也是后浇带附近出现早期裂缝的主要原因,通过采用微膨胀混凝土可以很好的改善和控制这一因素的影响。
以一座40+50+50+40m连续梁桥的实桥应用,对结构新旧梁体通过翼板进行连接的方式进行了阐述。对结构拼接方式的选择、计算论证、实施以及后续的加固效果评估等均进行了论述。