体外预应力加固简支梁桥抗弯性能数值分析研究

论文摘要

体外预应力加固技术是后张预应力体系的重要分支之一,在桥梁加固中起着非常重要的角色。体外预应力加固技术是先在梁体上固定钢锚箱,然后通过钢锚箱张拉预应力筋,并固定于钢锚箱上,根据需要人为的引入某一数值与分布的内应力,改变了混凝土内部的应力状况,用以部分或全部抵消外荷载应力的一种混凝土加固方法,属于主动加固方法。本文利用大型通用计算软件ANSYS,以辽宁省辽阳市朴沟桥采用体外预应力进行加固改造和提高荷载等级为研究背景,建立了体外预应力混凝土结构分析的有限元模型,考虑了几何和材料非线性特性,并将试验数据与本文有限元分析数据进行了对比；分析了加固前后T型桥在汽车荷载作用下抗弯性能,评价了加固效果,并且分析了预应力度、预应力筋面积、转向块的高度及体外预应力筋锚固点位置等参数对结构受力及极限承载力的影响。朴沟桥加固分析表明采用体外预应力加固可以有效改善桥梁的抗弯工作性能、提高桥梁的极限承载能力。随着体外预应力筋有效预应力的增加,梁体混凝土的开裂荷载提高,所加固桥的刚度、结构的破坏荷载都得到不同程度的提高；在保持总张拉力不变的前提下,随着体外预应力筋面积的增大,梁体的极限承载力提高；转向块的高度对跨中水平段体外预应力筋合力作用点到原梁换算截面重心轴的距离有影响,转向块的高度越大跨中水平段体外预应力筋合力作用点到原梁换算截面重心轴的距离越大,在同等荷载作用下梁体的挠度变小,但是转向块高度比较小时对梁的抗弯极限承载力影响不大；体外预应力筋在钢锚箱上的锚固点到梁体翼缘板底部的垂直距离越近,缩短了体外预应力筋在钢锚箱的锚固点到原梁换算截面重心轴的距离,虽然梁体的挠度变化不是很大,但是当梁达到破坏时,其极限荷载增加。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 体外预应力混凝土结构在国内外的发展历史及现状
• 1.1.1 体外预应力混凝土结构的历史
• 1.1.2 现代体外预应力结构的应用
• 1.1.3 我国体外预应力结构的发展现状
• 1.2 体外预应力混凝土结构的研究现状
• 1.2.1 体外预应力结构的力学特点
• 1.2.2 体外预应力简支梁的研究现状
• 1.2.3 预制阶段施工的连续梁
• 1.3 本课题的来源及主要研究内容
• 第2章 朴沟桥主梁的加固及检测分析
• 2.1 主梁加固原因
• 2.2 主梁加固目的及内容
• 2.3 主要测试仪器及设备
• 2.4 测试截面及测点布置
• 2.4.1 测试截面
• 2.4.2 测点布置
• 2.5 试验荷载和加载工况
• 2.5.1 汽车试验荷载
• 2.5.2 加载工况
• 2.6 加载结果
• 第3章 体外预应力混凝土简支梁 抗弯能力的理论分析
• 3.1 理论分析的基本假定
• 3.2 符号系统规定
• 3.3 加固前梁体受弯极限承载能力计算
• 3.3.1 梁体正截面受弯承载力计算
• 3.3.2 桥体斜截面受剪承载力计算
• 3.4 体外预应力加固梁体受弯极限承载能力计算
• 3.4.1 体外预应力筋极限应力的合理取值
• 3.4.2 体外预应力加固梁正截面抗弯承载力计算
• 3.4.3 体外预应力加固梁斜截面受剪承载力计算
• 第4章 体外预应力结构抗弯性能 有限元数值分析
• 4.1 有限元法的介绍及其在体外预应力梁中的应用
• 4.2 朴沟桥加固的有限元模型
• 4.3 单元及破坏准则与本构关系的选用
• 4.3.1 混凝土单元
• 4.3.2 普通钢筋单元
• 4.3.3 体外预应力筋单元
• 4.3.4 钢锚箱与转向块单元
• 4.4 非线性问题的有限元分析
• 4.5 朴沟桥的有限元数值计算
• 4.5.1 荷载横向分布系数计算
• 4.5.2 体外预应力加固装置的参数及布置
• 4.5.3 汽车荷载作用下主梁的非线性分析
• 4.5.4 主梁加固前后有限元分析结果
• 4.5.5 结果分析比较
• 第5章 朴沟桥主梁结构加固的影响参数分析
• 5.1 预应力度对受力性能的影响
• 5.2 体外预应力筋面积对受力性能的影响
• 5.3 转向块高度对受力性能的影响
• 5.4 锚固点的垂直位置对受力性能的影响
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 对本课题在今后的展望
• 参考文献
• 致谢