斜交空心板桥拓宽结构力学性能的试验研究

论文摘要

本文以沈海线（闽）（G15）厦漳高速公路凤山分离立交大桥拓宽改造为工程背景，对斜交空心板梁桥拓宽结构的力学性能进行了试验与理论分析，研究工作对于斜交桥梁拓宽改造具有重要的借鉴意义。本文的主要工作如下：（1）以凤山分离立交大桥拼宽结构1:6.05比例模型为例，进行半刚性连接方式下斜交空心板梁桥拼宽结构静载全过程试验研究，并与有限元计算结果进行对比分析，侧重研究斜交空心板梁桥拼宽结构的破坏机理和极限承载力等。（2）以凤山分离立交大桥拓宽改造为工程背景，进行实桥拼宽前后的应变和位移监测，研究拼宽斜交桥梁结构拼接前后的力学性能变化。并借助实桥监测和有限元分析，重点研究混凝土收缩徐变对斜交空心板梁桥拼宽结构受力性能的影响。得到的主要结论如下：（1）在中跨跨中集中对称荷载作用下，跨中纵向接缝破坏主要由弯拉引起，而支座位置处的纵向接缝破坏主要由接缝两侧位移差产生的剪切引起，且支座处纵向接缝两侧挠度差要大于中跨跨中截面的相应挠度差。（2）在中跨跨中集中对称荷载作用下，斜交空心板梁桥中间的裂缝方向大致平行于支承边，而靠近两侧自由边裂缝方向则是垂直于自由边；在边跨靠近内支承侧的钝角处容易产生平行于钝角角平分线的裂缝，应该注意加强此处的配筋。（3）斜交空心板拼宽桥梁中，新桥收缩徐变会导致中跨跨中梁底纵横向应变显著增加，其中徐变引起的应变变化约为收缩引起的610倍；收缩徐变对拼宽斜交桥位移的影响，以横向位移最大，纵向位移次之，竖向位移最小。（4）斜交空心板拼宽结构纵向接缝的拼接施工时间选择是有讲究的。较早拼接，旧桥可以抑制新桥由于收缩徐变引起的变形，特别是斜交桥的横桥向变形，推迟拼接可以减小纵向接缝的受力。因此，现浇斜交桥等特殊桥梁的拼接时间，宜结合施工工艺，工期要求与桥梁的受力等综合确定。（5）运用《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）中收缩徐变公式进行计算，并考虑钢筋的影响后，计算结果总体上与实测结果更接近；计算表明：利用Fortran自编收缩徐变的计算程序用于计算混凝土收缩徐变是可行的，可以避免用有限元软件中运用蠕变分析方法来模拟收缩徐变作用时拟合曲线所带来的误差。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景及意义
• 1.2 新、旧桥拼接结构研究现状
• 1.2.1 新旧桥上、下部结构拼接方式研究
• 1.2.2 新旧桥下部结构分离、上部结构连接主梁拼接方式研究
• 1.2.3 拼接前后桥梁整体效应变化的研究
• 1.2.4 新、旧桥差异研究
• 1.2.5 施工工艺及材料研究
• 1.2.6 桥梁拼宽目前主要存在的问题
• 1.3 斜交桥拓宽结构研究现状
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.4.1 工程背景
• 1.4.2 本文的主要工作
• 第二章 斜交空心板桥拼宽模型极限承载力试验研究
• 2.1 概述
• 2.2 试验模型设计
• 2.2.1 模型尺寸
• 2.2.2 模型材料
• 2.3 静载测试
• 2.3.1 静载测试内容
• 2.3.2 静载测试仪器
• 2.3.3 加载方案
• 2.3.4 静载测试过程
• 2.4 静载试验结果与分析
• 2.4.1 挠度测试结果及分析
• 2.4.2 应变测试结果及分析
• 2.4.3 裂缝分布
• 2.5 基于 ABAQUS 的有限元模拟及对比分析
• 2.5.1 有限元模型
• 2.5.2 有限元模拟关键问题
• 2.5.3 有限元模拟结果与试验结果对比分析
• 2.6 小结
• 第三章 斜交空心板梁桥拼宽结构现场监测与分析
• 3.1 工程概况
• 3.2 监测内容及相应仪器
• 3.2.1 监测内容
• 3.2.2 监测仪器
• 3.3 监测测点布置
• 3.3.1 监测截面布置
• 3.3.2 截面测点布置
• 3.4 桥梁拼宽施工及监测过程
• 3.4.1 仪器埋设及测量情况
• 3.4.2 桥梁荷载变化情况
• 3.5 监测结果与分析
• 3.5.1 应变测试结果与分析
• 3.5.2 挠度测试结果与分析
• 3.6 有限元计算与实测数据的比较分析
• 3.6.1 有限元模型中考虑温度的方法
• 3.6.2 钢筋对混凝土收缩徐变的影响
• 3.7 小结
• 第四章 斜交空心板梁桥拼宽结构收缩徐变分析
• 4.1 引言
• 4.2 混凝土收缩徐变预测模式
• 4.2.1 混凝土收缩徐变的表示方法
• 4.2.2 常用收缩徐变预测模式
• 4.3 利用 ABAQUS 有限元软件进行收缩徐变分析的关键问题
• 4.3.1 有限元模型
• 4.3.2 养护过程混凝土弹性模量的变化
• 4.3.3 生死单元
• 4.3.4 接口子程序 USDFLD 和 UEXPAN
• 4.3.5 每个增量步收缩徐变应变值的计算
• 4.4 收缩徐变效应分析
• 4.4.1 在新桥浇筑后第 20 天拼接情况下的收缩徐变效应分析
• 4.4.2 是否考虑收缩徐变情况下结构响应的对比分析
• 4.4.3 不同拼接时间情况下的收缩徐变效应对比分析
• 4.5 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 附录一
• 致谢
• 个人简历