大跨径预应力混凝土箱梁桥长期下挠问题的研究现状

近年来,大跨径预应力混凝土箱梁桥的下挠现象日益威胁结构安全,而导致这一现象的原因仍然没有完全明确。从混凝土的收缩徐变、预应力效应、箱梁开裂的影响、现有计算与防治手段等方面,对国内外在大跨径预应力混凝土箱梁桥下挠问题上的研究现状进行了总结与综合评价分析;对导致下挠问题的主要成因与研究难点在机理上进行了解释。最后,对桥梁设计计算、桥梁混凝土施工及箱梁下挠的防治技术进行论述,并对开展控制结构长期下挠的研究提出了建议。     

预应力混凝土连续箱梁桥设计的统计分析

预应力混凝土(PC)连续箱梁桥作为中国大跨度桥梁结构中的典型桥型之一,其服役期内开裂和主梁下挠问题较突出,而主梁纵向预应力体系直接影响结构应力水平,可以改善相关病害.该文通过统计分析中国不同地区高速公路上7座不同跨径PC连续箱梁桥,计算主梁典型截面在恒载、收缩徐变、温度和汽车荷载作用下的荷载效应,分析不同跨径的预应力箱梁桥在支座截面和中跨跨中L/2截面处各荷载作用产生的内力、应力范围,探讨了不同跨径范围主梁弯矩、应力变化规律.     

大跨径刚构桥梁跨中下挠问题研究

大跨径刚构桥梁在实际运营中跨中会出现不同程度的下挠,对产生下挠的各种影响因素进行分析,显示混凝土的收缩徐变、设计及构造缺陷、施工及监控缺陷、混凝土裂缝均对刚构桥跨中下挠影响较大.以某跨径为(95+160+95)m连续刚构桥梁设计、施工为例,介绍跨中下挠的控制措施.实桥实施结果表明,通过合理的设计与施工,大跨径刚构桥梁的跨中下挠问题能得到一定抑制,但不能完全避免.     

影响大跨连续刚构桥长期下挠的因素敏感性分析

采用定量计算和定性分析的方法,以构成挠度因素分析理论为依据,建立有限元模型,在讨论分析了影响长期下挠的主要因素后,选取了混凝土箱梁超重、桥面铺装超重、预应力损失、混凝土收缩徐变、刚度降低等6个影响长期下挠的因素,分析各影响因素对长期下挠的灵敏性,从而得出影响长期下挠最主要的因素是预应力损失和混凝土的收缩徐变。     

内置劲性骨架的PC箱梁桥合龙段时变性能分析

为了给悬臂施工的大跨径PC箱梁桥截面设计验算和服役桥梁评价提供参考,针对悬臂施工混凝土桥梁合龙段施工时的内置劲性骨架施工方式,考虑骨架对截面刚度及截面面积产生的影响,将内置劲性骨架的梁段转换为混凝土材料;采用数值分析方法,对内置劲性骨架合龙段箱梁结构内力时变的影响进行分析,并按照子模型法分析了合龙段劲性骨架影响区的应力时变影响.结果表明:虽然采用内置劲性骨架进行桥梁结构合龙的成桥内力较优,但随服役运营时间的增长,内置劲性骨架吸收有效预应力现象逐渐突显,导致合龙段箱梁截面混凝土有效应力不足;骨架刚度越大,混凝土压应力储备越小,严重时会在桥梁运营过程中导致跨中下挠及开裂,此现象应引起设计和复核验算的重视.     

沙井钦江大桥主桥箱梁设计

上世纪90年代,我国开始大量修建大跨径预应力混凝土连续箱梁桥和连续刚构桥,目前这类桥梁出现箱梁截面抗剪不足、腹板斜裂缝较多、跨中下挠等典型病害。结合沙井钦江大桥设计,阐述采用单箱双室截面、增加腹板箍筋、增加竖向预应力钢筋、设置腹板预应力下弯束等技术措施以防止结构出现上述病害,其设计经验可为同类桥梁设计提供参考。     

大跨径预应力混凝土箱梁桥温度效应

通过在中部地区某大跨径预应力桥梁箱梁桥典型截面埋设温度传感器及应变计,对箱梁截面温度场及温度效应连续观测,掌握公路大跨径预应力混凝土箱梁桥顶、底板温度分布规律,推出适合中部高温环境下的箱梁温度梯度模式,并将有限元计算值与现场实际温度效应测量数据进行对比分析,证明现场温度梯度推导公式的合理性,进而给出适合中部高温环境地区桥梁温度梯度的合理模式。     

基于大跨径PC梁桥长期下挠的施工控制策略研究

大跨径PC梁桥运营期常出现持续下挠,甚至发生开裂,该现象广受专家学者的关注。目前对长期下挠机理的研究已经取得了大量的成果。并对该桥型的设计提供了一定的技术支持。但桥梁施工现场环境多样,工序复杂,施工过程的相关因素对PC梁桥的长期下挠也有着不可忽略的影响。针对这一问题,将通过对施工过程中结构长期下挠变形影响因素的分析,提出了相关影响因素的施工控制和管理方法,为相关桥梁长期下挠控制提供参考依据。     

基于有限元的预应力混凝土桥梁徐变效应研究

选择贵州省响水河大峡谷的特大型梁桥为实例研究对象,运用MIDAS/Civil有限元分析软件中的桥梁博士,分析计算了混凝土收缩徐变效应对大跨径预应力混凝土连续刚构桥的影响作用.研究结果表明:大跨径预应力混凝土连续刚构桥上部结构挠度在成桥运营阶段受混凝土收缩徐变效应的影响最大,且随着混凝土龄期的增长,混凝土收缩徐变效应不断提高,但增长速率随龄期增长而呈现下降趋势;悬臂梁根部截面顶板应力相较于截面底板应力更容易受到混凝土收缩徐变的影响作用,且这种收缩徐变往往在桥梁悬臂梁根部截面结构出现一个极大挠度值,导致桥梁结构出现变形,因此,实际工程设计施工中应充分考虑到混凝土收缩徐变对结构变形所带来的影响。     

大跨径PC连续刚构桥长期下挠影响因素分析

以栗子坪大桥——大跨径预应力混凝土连续刚构桥为工程实例,采用有限元程序Midas/Civil对其进行施工过程和运营阶段仿真计算,分析混凝土超方、预应力损失、混凝土收缩徐变、刚度损失等因素对大跨径预应力混凝土连续刚构桥跨中长期挠度的影响。计算结果表明:混凝土超方和桥面铺装施工误差导致的自重增加均可引起桥梁跨中长期挠度增加,后者超重使桥梁跨中长期挠度增加更大;预应力损失对桥梁跨中长期下挠影响非常显著,其中顶板束预应力损失影响最大,其次是腹板束,底板束影响最小;桥梁跨中长期挠度与终极徐变系数、环境相对湿度的变化有很大关系;梁体刚度降低使桥梁跨中长期挠度增加较多,且早期刚度的降低对桥梁跨中挠度增加影响较大。     

车辆活载对预应力混凝土斜拉桥主梁变形长期影响的研究

桥梁下挠是评价其刚度的主要指标,也是评价桥梁健康状况的一个重要参数,对其长期实时监测,可以及时了解桥梁的健康状况。影响大跨径预应力混凝土斜拉桥主梁下挠的因素复杂,相互耦合,长期影响机理尚未完全掌握。因此,本研究对某预应力混凝土斜拉桥结构变形进行长期监测分析,从不同角度分析监测数据,总结车辆荷载对预应力混凝土斜拉桥主梁变形的影响规律。     

大跨PC连续刚构桥正截面最小压应力储备值研究

为改善大跨PC连续刚构桥因设计阶段应力储备不足引起后期运营阶段桥梁开裂和下挠问题,通过分析大跨PC连续刚构桥结构应力状态和混凝土强度理论,提出桥梁设计阶段正截面最小压应力储备值概念,推导出桥梁在设计阶段跨中梁段应预留的正截面最小压应力储备值计算式。以3座大跨PC连续刚构桥为例,对储备值计算式的可行性进行算例验证,结果表明:正截面最小压应力储备值计算公式解与实桥有限元解的误差最大值为4.5%,满足设计要求;正截面最小压应力储备值与桥梁跨径有关,桥梁跨径越大正截面最小压应力储备值越大,跨径越小正截面最小压应力储备值越小;该计算式适用于大跨PC连续刚构桥,对其它结构体系桥梁正应力储备值应另行研究。     

大跨预应力混凝土连续梁桥设计研究

结合某(60+105+60)m预应力混凝土变截面连续箱梁桥设计,对大跨径预应力混凝土变高度连续箱梁桥截面形式的选取、结构尺寸的拟定、预应力钢束布置方式等设计要点进行了研究分析,可供同类桥梁结构设计进行参考。     

大跨径宽箱梁连续刚构桥剪力滞效应分析

通过对大跨径宽箱梁连续刚构桥的研究,采用有限差分法计算自重作用下控制截面的剪力滞系数,并对箱梁的剪力滞效应进行分析,为此类桥梁设计提供依据。     

大跨连续-刚构组合体系桥梁长期下挠影响因素分析与防治措施

研究大跨径连续-刚构组合体系桥梁的长期下挠问题时，对跨中下挠的精确理论预测较为困难，一是因为影响因素众多，二是由于下挠是长期效应。文中以长沙湘府路湘江大桥为工程背景，采用有限元方法，对各影响因素进行分析计算，主要包括预应力损失、结构刚度的降低、徐变收缩、温度变化等，并根据理论计算结果提出相应的防治措施。     

全时程时效分析理论及其在大跨桥梁长期性能预测中的应用

本文采用截面平衡方程和结构平衡方程相结合的方法，综合考虑了混凝土的收缩，徐变及预应力钢束松驰等时效因素对大跨径应力混凝土桥梁结构的影响，提出了一种计算时效因素影响的新的时效分析理论。依据上述理论编制的计算机程序，可以完成对预应力混凝土桥梁从施工到通车运营以至若干年后，任意时刻梁体任意截面位置的应力，挠度的长期预测。     

混凝土连续箱梁桥拼接拓宽后箱梁顶板病害分析

为探讨桥梁横向拼接拓宽给既有预应力混凝土箱梁桥箱梁桥面板可能带来的结构病害,利用有限元方法分析新旧箱梁之间产生的相互作用以及对既有箱梁结构应力状态的影响,研究既有箱梁顶板和翼缘板在拓宽后可能产生的结构病害及其产生的机理。结构分析中考虑的主要参数包括新建混凝土桥梁的收缩及徐变效应、新旧箱梁之间的不均匀沉降差、温度梯度以及车辆活载作用。研究结果表明：拓宽后既有箱梁的部分顶板和靠近新建箱梁的大部分内侧翼缘板顶面普遍处于较大的拉应力状态,其中新建桥梁混凝土收缩和徐变效应、新旧箱梁之间的不均匀沉降差是主要原因,将很可能造成翼缘板上翼缘大部分区域开裂,设计时需采取相应加固措施,并建议了箱梁桥面板横向加固方法;拓宽后新旧箱梁整体结构在梁端截面将发生较大的横向偏移变形,极有可能挤压侧向抗震挡块,造成结构损害,因此有必要限制需拓宽的混凝土连续箱梁桥总长;应重视以往桥梁拓宽设计时忽视的箱梁桥面板横向应力状态变化及其可能带来的结构病害,设计者应充分注意桥梁拓宽所带来的不利影响。     

桥梁短期实测数据修正高强混凝土收缩徐变模型与长期挠度预测

为了解大跨径预应力连续箱梁桥高强混凝土的收缩徐变规律,预测其长期变形,在箱梁跨中埋置测量传感器,直接测量混凝土的收缩应变,通过增量运算理论分离出混凝土的徐变应变,对于具体桥梁的C55高强混凝土实测数据显示,现行规范的收缩徐变模型总体上会低估高强混凝土的收缩作用,而高估徐变作用.用短期实测数据修正后的混凝土收缩徐变模型预测桥梁恒载下的长期变形,由两种类型修正式的挠度估算值与实测值的比较可知,其预测精度受混凝土短期实测应变数据的完整性、测量精度及修正式与实测数据吻合程度的影响.     

连续刚构桥跨中下挠影响因素分析及防治措施研究

连续刚构桥以其跨越能力大、施工方便、造价低等优势在桥梁结构中被广泛采用。但大跨径预应力混凝土连续钢构箱梁在运营过程中跨中过大下挠,已成为该类结构的一个非常普遍且非常严重的病害之一。本文以某省某预应力混凝土连续刚构桥为工程实例,针对目前大跨连续刚构较普遍存在的跨中下挠问题,分析研究其影响因素,并提出切实可行的防治措施。     

某180m主跨预应力混凝土变截面连续梁桥设计计算分析

本文结合笔者历年来大跨径预应力混凝土变截面连续梁桥的设计经验,基于某项目(108+180+108) m南水北调特大桥实际设计案例,从箱梁构造、预应力体系布置、设计计算等方面介绍了变截面悬浇梁桥设计计算要点,并对翼缘板及中跨合拢段进行局部分析,阐述了长悬臂翼缘板的计算方法及中跨合拢束径向外崩力对结构的影响,供相关专业人员参考。