预应力混凝土连续箱梁的监测和腹板斜裂缝成因分析 - 图文

东南大学硕士学位论文

预应力混凝土连续箱梁的监测和腹板斜裂缝成因分析

姓名：谢发祥申请学位级别：硕士专业：桥梁与隧道工程指导教师：叶见曙

20030301

东南人学硕：Ｌ学位论文摘要本文以对某大桥箱粱进行的裂缝和位移定期监测过程为线索，介绑了预应力倔凝士连续箱粱的定期监测方法，对观测到的裂缝形态和箱梁出现的位移变化趋势做了详细的描述。为了分析监测的箱梁位移变化趋势产生的原因，本文从导热学基本原理出发，用ＡＮＳＹＳ模拟了南京地区箱梁截面上下缘温差随着季节变化的趋势。在此基础上分析了箱粱出现观测到的相对位移变化现象的原因，即箱梁截面温差的不均匀分布和季节性最大温差的变化。在现场观测和计算分析的过程中发现温度（温度变化）对混凝土箱梁的影响是很大的。为了表明温度对箱梁的影响程度，本文结合相关的研究资料，提出了南京地区有铺装混凝土箱梁上下缘温差分布的建议公式。在此基础上进一步分析了温度对预应力混凝土箱梁的影响，并计算了双室箱粱的温差应力，并和现行《公路桥规》规定的温度应力结果进行了比较。计算结果表明，箱梁截面的温差应力相对于混凝土的设计抗拉强度而言是很大的。在本文建议的温度模式下，箱梁的内力是现行规范规定的温度模式下内力的数倍，并且在一些截面上已经超过汽车活载引起的内力数值。以此，本文认为，对箱形截面粱的温差应力一定要进行验算，以避免出现温度裂缝。为了分析大桥右幅箱梁腹扳开裂的原因，本文从箱梁在恒载和附加荷载作用的情况出发，分析计算了箱梁在正常施工和使用阶段的受力情况。结果表明，由于纵向预应力钢筋的作用，在正常设计和正常施工下箱梁不应出现腹板斜裂缝。但是大桥右幅箱粱在施工过程中没有对支架进行预压，而且在观测中也确实发现了箱梁横截面方向的不均匀沉降，为了获得这种扭转发生时箱梁的受力状态，本文采用有限元程序建立了大桥箱梁的空间模型，确定了箱梁扭转的模式，在这个模型的基础上计算箱梁在各种荷载作用下的受力情况，对箱梁腹板产生斜裂缝的原因进行了深入的分析。分析结果发现，箱梁中跨右腹板１ＮＬ处的主拉应力远远超出了箱梁混凝土的设计抗拉强度，是导致箱梁腹板出现斜裂缝的主要原因。最后本文介绍了对大桥进行的静载试验的结果。静载试验证明，本文对该桥的分析研究结果是正确的。关键词：预应力混凝土桥箱形梁连续梁监测斜裂缝ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓＰ印ｃｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅａｎｄｂａｓｉｃｍｅｔｈｏｄｏｆａｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓＢｒｉｄｇｅ，ｗｈｉｃｈｍａｙｂｅｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｏｔｈｅｒｓｉｍｉｌａｒｂｒｉｄｇｅｓ，ｆｉｇｕｒｅｓｔｈｅｓｋｅｗｃｒａｃｋｓｉｎｔｈｅｗｅｂｐｌａｔｅｏｆｔｈｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒａｎｄｓｈｏｗｓｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅ．ＴｈｉｓＰａＤｅｒｓｉｍｕｌａｔｅｓｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｂｖＡＮＳＹＳｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｈｅａｔｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌａｉｎｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｔｒｅｎｄｆｏｕｎｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｒｅｃｅｉｖｅｄ，ｔｈｅｒｅａｓｏｎｏｆｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｔｒｅｎｄｉＳｆｏｕｎｄｔｏｂｅｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｕｐｐｅｒｐｌａｔｅａｎｄｌｏｗｅｒｐｌａｔｅｏｆｔｈｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｓｏＢｓ．Ｉｔｉｓｃｌｅａｒｔｈａｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｉｎｇ）ｉｓａｌｌｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｔｏｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒｉｎｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｒｅｆｅｒｅｎｔｅｄｔｈｅｒｅｌａｔｅｄＰａｐｅｒｓ，ｂｒｉｎｇｓｏｕｔｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｆｏｒｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒｉｎｔｈｅｄｉｓｔｒｉｃｔａｎｄｄｏｅｓｍｕｃｈｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ａｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎｉｓａｐｐｌｉｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓＰａＤｅｒｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｄｅ．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｉｓｓｅｖｅｒａｌｔｉｍｅｓｍｏｒｅｔｈａｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｃｏｄｅ‘ａｎｄｅｘｃｅｅｄｓｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｌｉｖｅｊｏａｄｓｉｎｓｏｍｅｓｅｃｔｉｏｎｓ．Ｓｏｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｇｕｒｅｓｔｈａｔｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｄｏｃｈｅｃｋｉｎｇｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓｏｆｓｔｒｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｉｎｉｍｉｚｅｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｒａｃｋｓ．ＴｈｉｓＰａＤｅｌ＂ｄｏｅｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｆｉ＇ｏｍ血ｅｒｅｇｕｌａｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｔａｔｅｔｏｒｅｇｕｌａｒｓｅｒｖｉｃｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅｉｎｓｏｍｅｋｅｙｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓａｎｄｇｅｔｓｔｈｅｉｎｔｅｍａｌｆｏｒｃｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｓｔａｔｅｓ．Ｉｔｓｅｅｍｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｓｈｏｕｌｄｂｅｎｏｃｒａｃｋｓｉｎｔｈｅｗｅｂｐｌａｔｅｓｂｙｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｓｔａｔｅｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｇｒｅａｔｐｒｅｓｔｒｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｂａｒ．Ｂｕｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｉｇｈｔｂｏｘｇｉｒｄｅｒｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅｐｒｅｌｏａｄｉｎｇｍｃｔｈｏｄｉｓｎｏｔａｐｐｌｉｅｄ。ｗｈｉｃｈｉｓａｋｅｙｓｔｅｐｆｏｒｔｈｅｂｒｉｄｇｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｔｈｅａｓｙｍｍｅｔｒｙｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓａｒｃｆｏｕｎｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ．Ｓｏｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｉｍｐａｃｔｓｔｏｔｈｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒ．Ｔｈｅｐｌａｎｅｂｅａｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｎｏｔｓｕｉｔｅｄｆｏｒｔｈｅａｎａｌｙｓｅｓｏｆｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｉｍｐａｃｔｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｉｎｈｅｒｅｎｔｌｉｍｉｔｓ．ＩｎＯｒｄｅｒｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒ，ｔｈｅｗｈｏｌｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｂａｒｓ．ｉＳｂｕｉｌｔｂｙＡＮＳＹＳ．ＴｈｅｍｏｄｅｏｆｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｉＳａｓｓｕｍｅｄＳＯａｓｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｕｎｄｅｒａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｔｈｅ１０ａｄｓ，ａｎｄｆｉｎｄｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｃａｕｓｅｓｏｆｔｈｅｃｒａｃｋｓ．Ｔｈｅｆｉｎｉａｔｒｅｓｕｌｔｓｓｕｇｇｅｓｔｔｈａｔｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｔｌｅｔｅｎｓｉｌｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｏｆ也ｅｓｋｅｗｃｒａｃｋｓｉｎｔｈｅｗｅｂｐｌａｔｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅＢｒｉｄｇｅＢｏｘ百ｒｄｅｒＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｅａｍＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄＳｋｅｗｃｒａｃｋｓ浊ｓｓｉ３≮Ｉ学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，｝仑文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我～同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：主随日期：坐３，２弘关于学位论文使用授权的说明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研究生院办理。签名：鞠塑：望导师签名：堕垦堡日期：）竺孓三．！ｚ东南大学硕士学位论文１绪论１．１预应力混凝土桥梁的技术和功能要求根据正常使用极限状态对裂缝控制的不同要求，可以将预应力混凝士划分为不同的类型。通常可分为：沿预应力方向没有达到消压状态，即为全预应力混凝士构件：容许混凝土存在不超过设计限值的弯曲拉应力，、但无可见裂缝，即为有限预应力：对混凝士拉应力没有限值，但是裂缝宽度不能够超过规定的限值，即部分预应力。也有将后两者统称为部分预应力，并用Ａ类平¨Ｂ类来区分两种情况。１９８４年，“中国土木工程学会”、“混凝土及预应力混凝士学会”、“部分预应力混凝士委员会”根据我国的工程习惯，对以钢材为配筋的加筋混凝土系列，建议按照预应力度分为全预应力、部分预应力和钢筋混凝土三种，即：全预应力混凝土：五≥１；部分预应力混凝土：０＜五＜ｌ：钢筋混凝土：五＝０；并且按照使用荷载组合作用下将正截面混凝土的应力状态又将部分预应力混凝十分为以下．两类：Ａ类：正截面中混凝土的拉应力不超过表１－Ｉ规定的拉应力限值；Ａ类构件混凝土的拉应力限值表ｌ—ｌ『构件类型受弯构件轴心受拉构件Ｉ拉应力限值０．８Ｒｔ６０．５Ｒｔ６注：置６为混凝土标准抗拉强度。Ｂ类：正截面中混凝土的拉应力超过表１—１中规定的限值，但是裂缝宽度不超过表１－２的限值。桥梁结构裂缝宽度限值表表Ｉ一２环境腐钢丝、钢绞线、ｖ级钢筋冷拉ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ级钢筋眭期组合蚀条件短期组合Ｉ短期组合ＩＩ短期组合Ｉ短期组合ＩＩ中等（不得消压）Ｏ．１Ｏ．１５Ｏ．２０．２５（不得采用（不得采用Ｂ严重（不得消压）０１Ｏ１Ｂ类构件）类构件）往：对于公路桥梁，跃期组台仅包括结构重量；短期组台Ｉ为计入汽车荷载的组台；短期组台ＩＩ为计入挂车或履带车荷载的组合。对于铁路桥梁，长期组合包括结构重量和其它荷载；短期组台１为计入列车荷载的纽台；短期纽台ＪＪ为计Ａ附加力的组台。根据以上的规定，从桥梁的安全性和耐久性考虑，在结构自重作ｆＩ＿｝ｊ下，公路桥梁全预应力混凝十或者部分预应力泥凝十的Ａ类或Ｂ类构件均不麻出现受力裂缝。在预应力理论山现之前，钢筋混凝十结构在桥梁建殴的舞台上扮演着主要的角色，但是这种体系由＿『其州有的缺陷，使它的跨释始终受到制约，而且在臼重、温度变化利收缩徐变觅３ｎ

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