预应力钢束张拉顺序对曲线箱梁内力与变形的影响研究

论文摘要

曲线梁桥是现代道路交通系统中最重要的桥型之一,随着我国基础设施建设大规模展开,越来越多的曲线梁桥被应用于城市高架桥和公路立交桥工程中。国内外学者对曲线梁桥的计算理论作了大量研究工作,计算机技术应用的普及,使得在结构计算中考虑材料非线性和几何非线性的影响成为可能。曲线梁预应力钢束为三维空间曲线,预应力的作用,使曲线梁处于空间受力状态,“弯-扭”耦合效应进一步加强。为了考察各预应力钢束作用下,曲线梁桥的支座反力分布规律与变形情况,为曲线梁桥预应力的设计和张拉施工提供技术参考,本论文以重庆融侨大道螺旋桥工程为依托,分析了预应力钢束的应力损失,并利用有限元软件ANSYS,对不同张拉方式进行数值模拟,比较内外侧支座反力与梁体位移的变化,另外,通过建立不同曲率半径的曲线箱梁桥模型,探究了半径对支反力分布和位移的影响。通过进行有限元模型计算,得出如下结论:①在自重作用下,连续曲线箱梁桥起终点处支座将产生横桥向支反力,内外侧支座的竖向反力不相等,起终点支座承受的竖向反力小于中间各墩。张拉预应力钢束将引起较大的横桥向、顺桥向支反力,内外侧支座竖向反力差值也将大幅度增加。②张拉单侧腹板中的预应力钢束将引起的支座反力分布严重不均,对称张拉、交错张拉预应力钢束引起的支反力分布较合理,有利于对预应力钢束张拉施工进行控制。内侧支座利用率不高,中间墩支座横向约束对桥梁的径向变形影响显著,边墩支座承受大部分横桥向反力。③连续曲线箱梁桥在自重和预应力作用下,将发生竖向、径向及顺桥向变形,竖向变形为主要变形,箱梁截面发生扭转和畸变,梁体向外侧翻。钢束张拉方式对变形影响较大,对称张拉和交错张拉时,径向变形较小,而当仅张拉单侧钢束时,梁体将发生较大的向内或向外径向位移。④横桥向、顺桥向支反力与桥梁曲率半径不成单调性变化规律,当曲率半径R = 150m时,横桥向支反力值达到峰值,内外侧支座竖向反力差随曲率半径增大而减小,当R > 150m时,差值曲线渐趋于水平,箱梁竖向位移随曲率半径增大而增大,当R > 200m时,这种影响变得不明显,箱梁横截面扭转和畸变变形随曲率半径增大而显著减弱。在进行曲线梁桥设计时,有条件的情况宜避免将半径设计在150 200m范围内。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 曲线梁桥的发展及应用概况
• 1.2 曲线梁桥在使用中存在的问题
• 1.3 曲线梁力学特性研究现状
• 1.3.1 曲线梁理论研究概况
• 1.3.2 曲线梁模型试验研究概况
• 1.4 问题的提出和研究内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 曲线梁基本微分方程与有限元法简介
• 2.1 曲线梁桥的受力特点与计算理论
• 2.1.1 曲线梁桥的受力特点
• 2.1.2 曲线梁桥的分析理论
• 2.2 曲线梁桥一般微分方程
• 2.2.1 基本假定
• 2.2.2 曲线梁一般微分方程
• 2.3 有限单元法简介
• 2.3.1 有限单元法的提出与发展
• 2.3.2 有限单元方法的求解思路
• 2.3.3 本论文相关单元介绍
• 2.4 本章小结
• 第三章 结构非线性与钢筋砼有限元法特性
• 3.1 混凝土材料本构关系
• 3.1.1 研究概况
• 3.1.2 Darwin—Pecknold 模型介绍
• 3.2 曲线梁空间几何非线性分析
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 曲线梁的空间应变—位移关系推导
• 3.3 钢筋砼有限元分析的特殊性与发展阶段
• 3.3.1 钢筋混凝土有限元分析的特殊性
• 3.3.2 钢筋混凝土有限元分析的发展阶段
• 3.4 混凝土裂缝处理
• 3.5 本章小结
• 第四章 预应力损失计算及有限元法实现
• 4.1 预应力混凝土传力机理概述
• 4.1.1 预应力的作用方式
• 4.1.2 ANSYS 有限元软件中节点耦合法处理预应力的有效性
• 4.2 预应力损失计算
• 4.2.1 预应力构件预应力损失计算概述
• 4.2.2 空间曲线预应力钢束摩阻损失理论计算公式推导
• 4.2.3 空间曲线包角和曲线长度计算公式及实用计算方法
• 4.2.4 锚具变形、钢束回缩和接缝压缩引起的预应力损失计算
• 4.2.5 混凝土弹性压缩引起的预应力损失计算
• 4.3 预应力损失计算
• 4.4 有限元软件ANSYS 对预应力的处理
• 4.4.1 等效荷载法
• 4.4.2 实体力筋法
• 4.5 本章小结
• 第五章 张拉方式对曲线箱梁桥预应力效应的影响
• 5.1 工程概况
• 5.2 预应力施工工艺
• 5.3 模型简介与工况设计
• 5.4 不同工况下曲线箱梁桥支反力分析
• 5.4.1 对称张拉内侧、外侧腹板相同编号的预应力钢束
• 5.4.2 交错张拉内侧、外侧腹板不同编号预应力钢束
• 5.4.3 自重荷载作用下支座反力汇总
• 5.4.4 自重和单侧预应力作用下支座反力汇总
• 5.4.5 箱梁自重和所有预应力荷载作用下支座反力汇总
• 5.5 不同工况下曲线箱梁变形曲线
• 5.5.1 对称张拉内外侧同号预应力钢束
• 5.5.2 交错张拉内外侧不同预应力钢束
• 5.5.3 自重
• 5.5.4 自重+单侧钢束预应力
• 5.5.5 自重+所有钢束预应力
• 5.6 本章小结
• 第六章 半径对连续曲线箱梁桥预应力效应的影响
• 6.1 半径对曲线箱梁桥支反力的影响
• 6.1.1 模型简介
• 6.1.2 支座反力汇总
• 6.1.3 支座反力分析
• 6.2 半径对曲线箱梁桥变形的影响
• 6.2.1 连续曲线箱梁桥外侧底缘的位移曲线
• 6.2.2 箱梁位移曲线分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的论著及取得科研成果