斜拉桥π型混凝土主梁早期裂缝分析

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π型混凝土主梁在斜拉桥中应用越来越多,国内外对此类桥梁使用过程中出现的裂缝研究较多,但对早期裂缝研究较少,本文以现有研究成果为基础,采用现场监测结合有限元计算分析的方法对某一实际施工过程中的斜拉桥π型混凝土主梁早期裂缝展开研究,主要研究工作内容及结论如下:
  (1)介绍了该斜拉桥π型混凝土主梁中翼缘板和横梁处早期裂缝的分布位置、裂缝尺寸、出现时间等,总结了常见的早期裂缝类型,以现场测量和监测结果为基础并结合现有的早期裂缝研究成果,逐一分析配筋率、预应力钢筋、水化热、混凝土收缩等可能引起开裂的原因。通过初步分析基本排除了前两项因素,而水化热温度效应和混凝土收缩效应可能会导致早期裂缝的形成。
  (2)结合实际施工情况,确定主梁混凝土的各项物理力学参数、热力学参数、边界条件,利用有限元软件FEA建立部分主梁节段的三维实体模型,逐一分析了主梁整体温度场、主肋温度场、翼缘板温度场以及横梁温度场在养护期间由于水化热作用的分布及变化情况。结果显示在养护期间主梁整体和各部分的温度都是先升后降,但主肋、翼缘板以及横梁之间存在温度梯度,且同一位置沿不同方向也存在温度梯度。
  (3)分别分析主肋、翼缘板、横梁等处在混凝土水化热过程中温度应力变化情况,并结合应力分布情况对可能开裂的位置进行了受力分析,通过改变环境温度和模板类型对水化热敏感性进行了研究。结果表明,在水化热过程中主肋表面受拉、内部受压,翼缘板上、下表面会出现超过同龄期抗拉强度的拉应力,横梁两端也会出现拉应力,但极值较小;较高的环境温度和具有较好保温性能的模板有助于减小水化热引起的温度应力,改善结构的受力。
  (4)对比分析现有的混凝土收缩预测模型,结合工程实际选取合适的模型,分别分析桥面板收缩、主肋收缩、横梁收缩等工况下翼缘板和横梁中拉应力变化情况,分析在水化热和混凝土收缩共同作用下翼缘板和横梁的受力。结果表明,主肋和桥面板收缩对翼缘板和横梁的受力影响较小,而横梁收缩对翼缘板几乎无影响,对自身受力有较大影响,会在横梁中间产生超过同龄期抗拉强度的横桥向拉应力。
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