温度梯度对连续刚构桥箱梁裂缝影响研究.doc

最新【精品】范文 参考文献 专业论文温度梯度对连续刚构桥箱梁裂缝影响研究温度梯度对连续刚构桥箱梁裂缝影响研究 摘要：从上世纪60年代以来，预应力混凝土箱梁发展非常快。箱梁截面是预应力混凝土梁桥主要的截面形式，但是在国内外的一些桥例中，我们常常会发现有一些裂缝，从而影响桥梁的正常使用。产生裂缝的原因是多方面的，但是温度梯度对桥梁的危害越来越大，在国内外我们都能发现很多由于温度梯度而导致混凝土桥梁严重损坏的事故，尤其是温度梯度对连续刚构箱梁桥的会产生很大次内力，从而导致裂缝的产生。本文以非洲某刚构箱梁桥为计算模型，主要研究在三种温度梯度模式下，主梁应力的变化情况，从而找出箱梁裂缝产生的主要原因。 关键词：预应力混凝土箱梁；温度梯度；次内力；箱梁裂缝 中图分类号：P618.130文献标识码：A 1 工程背景资料 本论文以非洲某大桥为工程背景，是三跨预应力混凝土连续刚构箱梁桥，跨径设置为49m+88m+49m，桥全长200m。桥面纵坡为单向0.54%，桥面横坡为双向2%。箱梁采用单箱双室。桥梁采用双薄壁墩、U型桥台、挖井基础，挖井埋深为5-8m。桥面宽度布置为：1.50m（人行道）+43.5m（行车道）+1.50m（人行道），桥面总宽17m。箱梁为双向预应力结构，纵向预应力筋采用s15.2钢绞线，箱梁纵向预应力钢束分为顶板束、底板束和边跨合龙束3种，钢绞线采用270级、符合ASTM-92标准的12j15.24和10j15.24两种型号。竖向预应力采用32精轧螺纹钢筋。纵向预应力束采用两端张拉，张拉力和伸长量双控。竖向预应力采用一端张拉，张拉力控制。箱梁预应力的张拉待混凝土强度达到设计强度的90%进行。主桥上部结构采用C50砼，桥墩墩身、桥面铺装采用C40砼。桥型布置图如图1所示。 图1桥型布置图（单位,cm） Fig.1Layout of bridge (unit ,cm) 2 有限元模型的建立 本文计算采用桥梁博士建立有限元结构模型，模拟实际施工过程进行计算，全桥共划分96个单元，105个节点，其中1-76单元为箱梁单元，77-88单元为桥墩单元，89-96单元为挂篮单元。施工阶段划分为49个，共计250天。采用挂篮悬臂浇筑法进行施工，成桥状态结构几何模型和计算模型分别如图2和图3所示。 图2成桥状态结构几何模型 Fig.2Structure geometric model of the bridge state 图3 成桥状态结构计算模型 Fig.3Structure calculation model of the bridge state 3 三种温度梯度模式主梁的应力的变化情况 通过计算和实际工程观测表明，温度应力产生裂缝最多最常见的部位是支座附近和跨中处。本文根据04版规范的温度梯度模式下分别采取以下三种温度梯度模式进行计算，分析比较在不同的温度梯度模式下，主梁应力的变化情况。 温度梯度模式1 温度梯度模式2 温度梯度模式3 图4 三种温度梯度模式 Fig.4 Three kinds of temperature gradient mode 以下是在正常使用极限状态下三种温度梯度下主拉应力和相应的正应力的变化情况： 1)温度梯度模式1主拉应力图（单位，Mpa）2)温度梯度模式1正应力图（单位，Mpa） 3)温度梯度模式2主拉应力图（单位，Mpa）4)温度梯度模式2正应力图（单位，Mpa） 5)温度梯度模式3主拉应力图（单位，Mpa）6)温度梯度模式3正应力图（单位，Mpa） 7)三种温度梯度模式共同作用的主拉应力图（单位，Mpa）8)三种温度梯度模式共同作用的正应力图（单位，Mpa） 图5 正常使用极限状态下主拉应力和正应力图（单位，Mpa） Fig. 5Diagram of principal tensile stress and normal stress of limiting state (unit ,Mpa) 从上图分析结果可以看出，在正常使用极限状态下的三种温度梯度模式分别作用下和三种温度梯度模式共同作用下，三种温度梯度模式分别作用下的主拉应力和正应力有很大差别，三种温度梯度模式共同作用和只有温度梯度模式3作用下的正应力和主拉应力几乎没有差别,说明温度梯度模式3下产生的温度应力是最不利的，但是最大主拉应力值超出了规范的要求，这是因为温度梯度模式3的温差比较大，它不符合该桥所处地点的实际温度变化情况，所以一定要根据当地实际情况正确合理的选择温度梯度模式，说明温度梯度应力我们不容忽视。 4 三种温度梯度模式下的正应力和主拉应力的比较分析 以下是通过具体的数值分析来比较三种温度梯度模式在正常使用极限状态下的正应力和主应力变化情况以及温度自应力的变化情况，这里只列举了比较容易发生温度应力裂缝的跨中和支点截面的变化情况。 表1 正常使用极限状态的正应力（单位，Mpa） Tab.1 Normal stress of using limiting state (unit , Mpa) 从上表可以看出，上缘最大正应力温度梯度模式3下最大，温度梯度模式1下次之，温度梯度模式2下最小，而最小正应力变化刚好相反，因为选择温度梯度模式3的选用不合理，所以导致跨中截面下缘的正应力出现负值。 表2 正常使用极限状态下的主应力（单位，Mpa） Tab.2 Principal stress of using limiting state (unit , Mpa) 从上表可以看出，主压应力在温度梯度模式3下最大，温度梯度模式1下次之，温度梯度模式2下最小，温度梯度模式1和温度梯度模式2的产生的主拉应力值均在规范合理的范围内，但是温度梯度模式1下生的的主拉应力值大于温度梯度模式2的主拉应力值。温度梯度模式3下的主拉应力值无论是跨中还是支点截面均不同程度的超出了规范的允许值，这也是选择温度梯度模式3的不合理所造成的。 表3 三种温度梯度模式下温度自应力（单位，Mpa） Tab.3 Thermal Stress of three kinds of temperature gradient mode (unit ,Mpa) 从上表可以看出，温度梯度模式1和温度梯度模式3的温度自应力值符号相同，而与温度梯度模式2的温度自应力值符号相反，但是温度梯度模式3的温度自应力值要大于温度梯度模式1。说明温度自应力和温度梯度模式下的温度符号和大小有关。 5 结论 本文采用桥博分析在三种温度梯度模型作用下的连续刚构梁桥主梁应力，得出以下结论： 1) 较大的温度梯度模式对箱梁主拉应力和正应力影响很大，当温度梯度较小时，几种温度梯度箱梁的产生的主拉应力和和正应力几乎相同，当较小的温度梯度和较大的温度梯度进行组合时和大的温度梯度的产生的主拉应力和和正应力接近。 2）因为在温差较大的温度梯度模式3下的主拉应力值已经超限，所以由于温度梯度造成的主拉应力不可忽视，由于温度应力产生的裂缝常出现在支座附近和跨中截面处，因此在进行截面设计时，主要加强对这两个截面的主应力的验算，确保主拉应力在规范规定的合适范围内，以采取相应的措施防止温度应力所造成箱梁裂缝的发展。 3）在温度梯度模式3下的主梁所产生的温度主拉应力值超出了规范的要求，由于选择温度梯度模式3的温差比较大，它不符合该桥所处地点的实际温度变化情况，所以一定要根据当地实际情况选择正确合理的温度梯度模式，这对桥梁截面的设计是至关重要的。 参考文献： 1 范立础.桥梁工程.北京:人民交通出版社,2001.7. 2 彭政云.某大跨度预应力钢筋混凝土箱梁桥裂缝原因分析及救治措施.建筑施工，1995. 3 彭卫,邢鸿燕,柯善刚.PC 连续箱梁桥裂缝控制研究.浙江工业大学学报,2