【摘 要】
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梁拱组合刚构桥从连续刚构桥和空腹式刚构桥演变而来,具有结构简洁,外形优美,自重轻,跨越能力大等优点,但同时也面临运营阶段会出现跨中持续下挠和腹板开裂等潜在病害,而产生这些病害的一个重要原因就是预应力钢束过长,使得设计时预应力损失估算不足。本文针对梁拱组合刚构桥200m级超长预应力钢束进行整体和局部的研究,为类似桥梁的设计提供参考。本文以主跨为245m的某梁拱组合刚构桥为依托工程,建立空间分析模型,
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梁拱组合刚构桥从连续刚构桥和空腹式刚构桥演变而来,具有结构简洁,外形优美,自重轻,跨越能力大等优点,但同时也面临运营阶段会出现跨中持续下挠和腹板开裂等潜在病害,而产生这些病害的一个重要原因就是预应力钢束过长,使得设计时预应力损失估算不足。本文针对梁拱组合刚构桥200m级超长预应力钢束进行整体和局部的研究,为类似桥梁的设计提供参考。本文以主跨为245m的某梁拱组合刚构桥为依托工程,建立空间分析模型,以Midas/Civil为工具,研究了超长钢束预应力损失对结构整体的影响;分析了钢束预应力的沿程分布规律和影响因素;利用正交试验分析了预应力摩阻损失影响因素的敏感性;为减小超长钢束的摩阻损失,提出了三种优化布束方式,通过与通长束的布束形式对比,得出三种方式下桥梁不同施工阶段的挠度、应力、有效预应力等参数的改善效果。本文的主要研究成果如下:(1)对比了梁拱组合刚构桥和普通连续刚构桥预应力损失情况,分析了梁拱组合刚构桥在纵向超长钢束预应力分别损失10%、20%、30%、40%、50%下桥梁的力学响应,得出荷载作用下,超长钢束预应力损失会造成承载能力下降15%~20%,在运营阶段,预应力损失会引起桥梁跨中挠度最大增加60%。(2)超长钢束的有效预应力从张拉端到跨中逐渐减小,曲线段预应力摩阻损失速率约为直线段的10倍;钢束预应力损失随弯曲半径的增大而减小,钢束曲直段预应力损失比随钢束长度和管道偏差系数的增大而减小,与钢束弯曲半径、弯曲角度和摩擦系数的关系是线形相关;(3)得出顶板束、腹板束和底板束计算预应力摩阻损失时考虑管道施工质量的长度修正系数的参考公式,并给出了建议取值范围分别为4.197~4.609、4.221~4.387和5.402~5.498。(4)交叉锚固对最大悬臂阶段桥梁边跨空腹段影响最大,最大减小挠度152%,增大截面储备压应力5%;分段锚固对最大悬臂阶段桥梁中跨空腹段影响更大,最大减小挠度185%,截面储备压应力提高37%;分段交叉锚固对三角区影响更大,最大减小挠度244%,储备压应力提高60%。
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