预应力混凝土箱梁桥的温度效应及桥梁健康分析

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对于混凝土结构,非均匀温度会引起很大的温度应力和结构变形,所以其内部温度梯度问题的研究非常重要。由于影响桥梁温度场的各种因素比较复杂,各国的设计标准中对温度场也有相应的规范,有各自的温度分布模型,不同的温度场模型对箱型梁的温度应力和挠度的计算影响很大。因此,继续温度场的研究,寻找与实际情况更加吻合的温度分布模式仍然是很必要的。 在大跨度桥梁的施工控制中,温度梯度问题显得更为重要。因为非均匀的温度场,可以导致施工中的大跨度桥梁在悬臂端产生几厘米的挠度,若没有事先进行温度效应的分析和考虑就会严重影响桥梁的合龙质量。由于各桥梁的外部环境(日照、气候变化)差别较大,因此已有的温度分布的研究结果基本无法直接应用,同时目前国内外就非均匀温度对连续刚构混凝土箱梁桥预拱度的影响的研究也非常少。 近几年,部分连续梁、连续刚构桥在施工、运营过程中出现程度不一的裂缝,其中相当部分裂缝的出现与温度效应有关。 本文以广东某大桥施工控制项目为背景,对其设计了温度监测方案,在桥梁关键的箱梁截面内部布设了温度传感器。对温度数据进行了长达1年多的监控。得到实测的温度场,结合有限元软件的计算,对悬臂施工阶段的温度效应、成桥阶段的应力和合龙段顶板的纵向裂缝进行分析。 通过长期跟踪观测的温度数据,得到了纵向桥、箱梁横截面的温度随着季节的变化规律。通过了一天内的温度变化分析,得到温度最均匀时刻和最不利温度荷载时刻,为桥梁的监控、合龙等提供指导作用。 通过实测数据结合有限元计算,对悬臂施工状态下的温度对箱梁挠度的影响进行了分析,得到本计算模型在悬臂施工状态下,在最不利温度荷载作用时产生接近20mm的最大挠度。这样的结果对于施工规范和图纸的要求都是不能够忽视的,必须给予重视,特别是在对悬臂施工时线型的控制、预拱度的设置,合龙的时间安排上要充分考虑非均匀温度场的影响。 定量地给出了成桥状态下,考虑结构荷载、收缩徐变、非均匀温度荷载等因素后,桥梁的内力、应力情况,在结构力学体系范围内桥梁仍是安全的。 针对很多桥梁在合龙段附近顶板出现的纵向裂纹,本文结合工程实例,运用ANSYS建立三维有限元的局部建模。在考虑结构重力、预应力束、收缩徐变、预应力损失等因素共同作用下,在结构力学体系下算出全桥状态下该段的内力,以此作为该模型的力的边界条件。研究得出,对于无横向预应力钢绞线的顶板,非均匀温度场是合龙段附近顶板出现纵向裂缝的重要附加因素。
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