混凝土曲线梁桥的预应力设计方法研究

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伴随着我国经济的发展和城市化进程的不断推进,曲线梁桥在我国有很大的发展空间。我国虽在曲线桥设计和施工上积累了一些经验,但由于受力较为复杂,其设计理论和施工技术都没有直桥完善和成熟,自上世纪九十年代开始,在全国范围内陆续发现曲线梁桥在建设和使用过程中不断出现问题。笔者在大量调研的基础上,发现发生病害的曲线梁桥绝大部分为预应力结构,预应力荷载认识不足或预应力钢束设计不当是造成这些病害发生的一个主要原因,所以有必要对混凝土曲线梁桥的预应力效应和预应力设计布置开展研究。本文依托工程实例,从预应力荷载受温度场的影响,预应力钢束的抗弯布置方法,预应力钢束的抗扭调整方法以及预应力钢束的张拉方式方面进行了研究。具体研究内容如下:  (1)依托“昆山市中环快速化改造项目”中曲率半径为60m的预应力混凝土曲线单箱单室梁桥的1∶5缩尺模型,张拉预应力钢绞线,实测温度场,详细分析温度变化对曲线梁桥施加的有效预应力的影响以及因此产生的支座反力的变化。结果表明:有效预应力随温度变化的趋势明显且相关性好。温度越低,有效预应力越大;温度越高,有效预应力越小;对于预应力曲线梁桥,温度变化对支座反力的影响非常明显;支座反力的改变主要是因为混凝土结构自身的热胀冷缩,而温度变化造成的有效预应力波动引起的支座反力改变很小,约占整个变化量的5%~10%。  (2)对预应力钢束的选择方法进行总结,以某混凝土曲线连续梁桥工程实例为参照,利用吻合索的概念对预应力钢束布置进行了研究,给出了具体的钢束布置步骤。  (3)通过预应力荷载对曲线梁桥结构的作用原理,理论上分析出了五种可以减少扭矩的预应力钢束调整方案:钢束长短束布置、钢束不对称布筋、钢束不对称张拉、钢束径向偏移和钢束竖向偏移。通过有限元软件分析比较各种调整方案下的支座反力情况,主梁总扭矩情况以及主梁竖向挠度情况。发现五种调整方案中只有三种可以有效的减小扭矩和改善支座受力,分别是钢束长短束布置、钢束不对称布筋以及钢束不对称张拉。  (4)采用有限元建模,对混凝土曲线梁桥的预应力钢束张拉方式进行模拟分析。研究各种不同的张拉方式下,混凝土曲线梁桥的支座反力变化和箱梁变形情况。在对几种不同的张拉方式进行分析时,主要考虑:单侧张拉,对称张拉以及交错张拉三种张拉类型。
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