斜拉桥预应力混凝土索塔关键问题研究

论文摘要

近年来,大量的大型或超大型斜拉桥在我国各地兴起,由于结构功能的需要,小曲率半径、大吨位曲线预应力筋在预应力混凝土结构中的应用日渐增多。同时,由于跨度的增加,在大跨径斜拉桥的索塔设计中,斜拉索的设计吨位已达到了“千吨”级的水平,使得索塔锚固区的受力越来越大,这无疑给设计带来了许多新的课题。另外,由于斜拉桥预应力混凝土索塔属于高耸结构,其工作环境恶劣,承受四季变化的太阳辐射的作用,以及混凝土材料自身特性的复杂性及不确定性,都对索塔短期和长期工作性能产生某种程度的影响。这些都是迫切需要解决的课题。1.小半径大曲率预应力筋张拉伸长值研究针对小曲率半径预应力束的张拉伸长值比理论伸长值偏大这一现象,分析影响小曲率半径预应力束张拉伸长值的各种因素。考虑小曲率半径预应力束曲线段的等效径向荷载引起的挤压效应,对孔道摩阻系数进行修正。同时,分析预应力束的束效应引起的钢绞线的重新排列,以及弯曲段等效径向荷载产生的径向位移,最后提出适合大曲率预应力束张拉延伸量计算的理论方法,并通过多个工程实测数据进行校验。另外,对五河口斜拉桥全索塔的U形预应力筋施工中的张拉伸长值进行概率分析,并分析规范规定的±6%偏差的概率置信度。2.五河口斜拉桥索塔节段模型试验研究总结已有的斜拉桥索塔节段模型试验研究中所选取的节段高度和位置,以及试验中所采取的加载方式、测点布置情况,并概括性地总结这些节段模型的工作性能。另外,通过有限元程序对淮安市五河口斜拉桥索塔节段足尺模型进行分析的结果,与节段足尺模型试验结果比较,确定索塔结构的抗裂安全度和破坏安全度,并提出相应的构造措施建议。同时,对现有已知的斜拉桥索塔节段足尺模型试验进行若干总结研究,期望得出一些新的结论。3.索塔锚固区整体分析研究对索塔节段模型试验和理论分析结果与索塔整体模型理论分析结果进行比较研究,对比二者的抗裂安全度和工作性能,研究节段模型能否反映整体索塔的实际性能。另外,研究环向U形预应力筋的预应力效应沿模型高度方向的衰减,以及单对拉索索力效应沿模型高度方向的衰减,并与整体环向预应力筋的预应力效应和全部拉索索力效应沿模型高度方向的衰减进行比较。4.斜拉桥索塔环向预应力筋合理布置及优化研究通过对比三座大型斜拉桥索塔锚固区足尺节段模型试验情况,并以此为基础分析索塔锚固区预应力筋平面内的合理布置方式,进而研究U形预应力筋的合理竖向间距。另外,采用线性规划的方法,运用单位预应力筋在锚固区产生的预应力效应,结合线性叠加原理,对淮安五河口斜拉桥索塔锚固区现有的U形预应力筋布置方式进行优化研究。5.斜拉桥预应力混凝土索塔的日照瞬态温度场研究从太阳辐射、热对流及热传导的基本原理出发,利用傅立叶热传导偏微分方程,结合等效综合

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 斜拉桥预应力混凝土索塔节段模型试验研究
• 1.2.1 预应力混凝土索塔锚固区工作性能的研究方法
• 1.2.2 小半径大吨位预应力筋张拉伸长值的研究
• 1.3 斜拉桥索塔锚固区预应力筋布置研究
• 1.3.1 斜拉桥索塔锚固区预应力筋的合理布置研究
• 1.3.2 斜拉桥索塔锚固区预应力筋的优化研究
• 1.4 斜拉桥预应力混凝土索塔的日照温度场研究
• 1.4.1 预应力混凝土索塔的瞬态温度效应
• 1.4.2 日照温度场对预应力混凝土索塔的影响研究现状
• 1.5 基于混凝土时效不确定性的预应力混凝土索塔工作性能研究
• 1.5.1 混凝土时效计算模式
• 1.5.2 混凝土时效计算模式的不确定性研究现状
• 1.5.3 混凝土时效的不确定性对索塔影响研究
• 1.6 本文的研究背景
• 1.7 本文的研究内容
• 参考文献
• 第二章 小曲率半径预应力束张拉伸长值研究
• 2.1 引言
• 2.1.1 小曲率半径预应力束的应用
• 2.1.2 小曲率半径预应力筋摩阻测试试验
• 2.1.3 小曲率半径预应力筋张拉伸长值试验研究
• 2.2 小曲率半径预应力束的张拉特性分析
• 2.3 理论伸长值的计算方法研究
• 2.3.1 我国现行规范的理论计算方法
• 2.3.2 稳定问题的能量法分析
• 2.3.3 预应力束张拉的束效应讨论
• 2.3.4 预应力束的挤压效应系数分析
• 2.3.5 径向位移量的研究
• 2.4 小曲率半径预应力束张拉伸长值计算方法的应用
• 2.4.1 小曲率半径预应力束伸长值计算理论
• 2.4.2 小曲率半径预应力束的实测张拉伸长值修正
• 2.4.3 初始张拉控制应力的确定
• 2.4.4 小曲率半径预应力束理论伸长值计算方法的应用
• 2.5 淮安五河口斜拉桥索塔U形筋伸长值的概率分析
• 2.5.1 淮安五河口斜拉桥索塔U形预应力束布置介绍
• 2.5.2 实测张拉伸长值均值的点估计分析
• 2.5.3 理论伸长值均值的区间估计及置信度分析
• 2.5.4 理论伸长值均方差的区间估计及置信度分析
• 2.5.5 规范规定的实测值的±696误差范围的置信度分析
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 第三章 五河口斜拉桥索塔节段足尺模型试验研究
• 3.1 已有的斜拉桥索塔节段模型试验研究回顾
• 3.1.1 索塔节段足尺模型试验模型节段的选取
• 3.1.2 索塔节段足尺模型试验模型加载方式与测点布置情况
• 3.1.3 索塔锚固区空间块体工作性能评估
• 3.2 淮安市五河口斜拉桥节段足尺模型的试验研究
• 3.2.1 淮安市五河口斜拉桥简介
• 3.2.2 模型的设计与制作
• 3.2.3 模型材料性能试验
• 3.2.4 模型测点布置
• 3.2.5 加载方案
• 3.2.6 试验过程与现象
• 3.3 五河口斜拉桥索塔节段模型的理论分析
• 3.3.1 U形预应力束张拉后模型预应力效应分析
• 3.3.2 正常工作索力下索塔节段模型的应力分布
• 3.3.3 模型在8600kN水平荷载下的应力分布
• 3.3.4 模型在17500kN水平荷载下的应力分布
• 3.3.5 理论分析结果与试验结果比较研究
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 索塔锚固区整体分析研究
• 4.1 概述
• 4.2 整体与节段模型在设计索力下的比较
• 4.2.1 整体模型介绍
• 4.2.2 索塔锚固区部分拉索设计索力
• 4.2.3 整体分析模型的荷载介绍
• 4.2.4 整体分析模型在设计索力下的应力分布
• 4.2.5 整体模型与节段模型在设计索力下的工作状态比较
• 4.3 整体模型与节段模型的抗裂性能比较
• 4.4 整体模型应力沿竖向衰减研究
• 4.4.1 基准节段U形预应力筋作用下应力的分布
• 4.4.2 五河口斜拉桥与润扬长江大桥索塔U形筋作用下的应力衰减比较
• 4.4.3 基准节段斜拉索作用下的应力分布
• 4.4.4 五河口斜拉桥与润扬长江大桥索塔拉索荷载下的应力衰减比较
• 4.5 本章小结
• 参考文献
• 第五章 斜拉桥索塔环向预应力筋合理布置及优化研究
• 5.1 引言
• 5.2 斜拉桥预应力混凝土索塔预应力筋合理布置研究
• 5.2.1 南京长江二桥索塔节段足尺模型加载试验
• 5.2.2 润扬长江大桥索塔节段足尺模型加载试验
• 5.2.3 淮安五河口大桥索塔节段足尺模型加载试验
• 5.2.4 预应力筋平面内合理布置方式分析
• 5.2.5 推荐的组合布置方式的抗裂均衡性分析
• 5.2.6 U形预应力筋的合理竖向间距
• 5.3 索塔锚固区环向预应力筋的优化研究
• 5.3.1 基本优化理论
• 5.3.2 索塔锚固区预应力筋的优化思想
• 5.3.3 索塔锚固区各种效应的分析
• 5.3.4 五河口斜拉桥索塔锚固区预应力筋的优化
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 斜拉桥上塔柱的日照瞬态温度场及其影响研究
• 6.1 引言
• 6.1.1 桥梁结构温度荷载介绍
• 6.1.2 国内外设计标准中有关温度荷载的规定
• 6.2 平面不稳定温度场及温度应力的数值分析理论
• 6.2.1 平面不稳定温度场的热传导偏微分方程
• 6.2.2 热传导偏微分方程的三类边界条件
• 6.2.3 热传导偏微分方程的求解
• 6.3 五河口斜拉桥索塔日照参数分析
• 6.3.1 太阳辐射的相关概念及参数
• 6.3.2 辐射与对流换热
• 6.3.3 五河口斜拉桥索塔位置及日照的相关角度参数
• 6.3.4 五河口斜拉桥索塔日照辐射热流密度
• 6.4 五河口斜拉桥索塔日照等效综合温度研究
• 6.4.1 太阳辐射的等效综合温度
• 6.4.2 五河口斜拉桥大气气温与综合温度分析
• 6.4.3 五河口斜拉桥索塔内部气温的确定
• 6.5 五河口斜拉桥索塔瞬态温度场及其影响研究
• 6.5.1 索塔特征点位置
• 6.5.2 五河口斜拉桥索塔夏季温度场分析
• 6.5.3 五河口斜拉桥索塔冬季温度场分析
• 6.6 五河口斜拉桥索塔日照温度应力研究
• 6.6.1 五河口斜拉桥索塔在U形筋和拉索共同作用时的应力
• 6.6.2 五河口斜拉桥索塔夏季日照温度应力研究
• 6.6.3 五河口斜拉桥索塔冬季日照温度应力研究
• 6.7 本章小结
• 参考文献
• 第七章 基于混凝土时效不确定性的索塔长期工作性能研究
• 7.1 引言
• 7.2 混凝土时效的计算模式
• 7.2.1 混凝土结构的时效计算模式
• 7.2.2 混凝土时效计算模式的定值分析比较
• 7.3 混凝土结构时效计算模式的不确定性研究
• 7.3.1 不确定性的类型
• 7.3.2 时效计算模式的不确定性系数
• 7.3.3 计算模式的不完善带来的不确定性系数
• 7.3.4 模型的不确定性分析方法
• 7.3.5 不确定性分析方法对混凝土时效的计算模式比较
• 7.4 钢筋和混凝土的相互作用分析
• 7.5 索塔实体结构的线性徐变解
• 7.5.1 线性徐变力学问题的两个定理
• 7.5.2 索塔锚固区普通钢筋对混凝土收缩影响分析
• 7.5.3 索塔锚固区实体结构的线性徐变解
• 7.6 索塔锚固区实体结构收缩应力的线弹性解
• 7.6.1 索塔锚固区控制截面介绍
• 7.6.2 锚固区实体结构收缩应力的线弹性解
• 7.7 混凝土时效的不确定性对五河口斜拉桥索塔影响研究
• 7.7.1 模型的有限元分析
• 7.7.2 分析变量的统计特征
• 7.7.3 索塔控制截面应力不确定性分析
• 7.8 本章小结
• 参考文献
• 第八章 全文总结
• 8.1 本文主要研究成果
• 8.2 本文主要创新之处
• 8.3 值得进一步研究的问题
• 攻读博士期间发表的论文
• 致谢