荷载激励下pc桥梁预应力损失动力响应分析

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1、第一章绪论第一章绪论1.1预应力混凝土技术及PC桥梁的发展概况1.1.1预应力混凝土技术起源及发展n。31预应力混凝土是根据需要而引入某一分布与数值的内应力,用以全部或部分抵消外荷载应力的一种加筋混凝土⋯。虽然这一名词出现的历史不是很长,但是预应力的思想在几个世纪以前就已经存在,而且被我们的祖先们运用到生产和生活当中。举几个比较简单的例子,普通的木桶用铁片紧箍以后,箍对木桶壁施加了环向的压应力,这个压应力就抵消了由于桶内水的压力,木桶就不会开裂和渗漏;木工用的木锯也是个典型的例子,木锯用绞紧的线绳对锯条施加拉应力,那么锯片在锯木的运动中,能承受重复变化的拉、压力,从而避免了由于锯片的抗弯承载

2、能力不足而导致压弯失稳、弯折破坏。还有很多很多这样的例子,这里就不再一一列举了。而预应力的理念被用到混凝土上是到十九世纪才实现的。混凝土是一种抗压强、抗拉弱的脆性材料,为了将其变成一种既能抗压又能抗拉到弹塑性材料,因此若在混凝土中预先施加一定的荷载来抵消外荷载,可以改善结构或构件在使用过程中的工作能力。基于这一考虑,1886年美国旧金山的P.H.Jacksong工程师,开始尝试将张紧的钢拉杆应用于混凝土拱中来浇筑楼板,并取得了专利。1888年前后,德国的C.E.w.Doehring获得了在楼板受荷载前用施加拉力的钢筋来加强混凝土的专利。但是由于当初施加在钢筋中的预拉应力值(124MPa)较低

3、,混凝土徐变和收缩的存在而损失了,所以当初这些预应力的应用并不是很成功。直到1928年法国的E.Freyssinet在对混凝土和钢材性能的特性进行了大量研究以后,开始将极限强度高达1725N/mm2钢丝用于预应力混凝土,抵消了由于混凝土收缩和徐变导致的应力损失,才使现代混凝土技术在理论上有了关键性的进步。1934年德国F.Dischiger取得了体外无粘结预应力技术专利,并建成了世界上第一座体外无粘结预应力混凝土桥梁。此时预应力技术并没有得到广泛的推广,只有发明创造出可靠并且经济的预应力钢筋张拉和锚固方法,预应力混凝土才能得到广泛的应用口1。1938年德国E.Hoyer,建立了Hoyer体系

4、,在相距数百英尺的两个张拉底座之间张拉钢丝,在构件间放置隔板、浇筑混凝土、以及在混凝土硬结后切割钢丝,即现代混凝土技术中的先张法技术,并建成了第一座体内有粘结PC桥梁。1940年比利时G.Magnel研制出了Magnel锚固体系,在这种体系中是一次张拉两根钢丝并在每端用一简单第一章绪论钢楔锚固,这种体系为后张法预应力混凝土提供了切实可行的生产工艺n。21。二次世界大战后,由于钢材的匮乏,预应力技术使用使得混凝土结构取代了钢结构用以修复被战争破坏的结构,在全球范围内得到了蓬勃发展和广泛应用.。1950年成立的国际预应力混凝土协会(FIP)更是促进了世界各国预应力技术的发展‘3

5、。经过了一个多世

6、纪的发展,随着材料、预应力体系、新的施工技术的发展,预应力结构不仅应用于桥梁、轨枕、电杆、桩、压力管道、贮罐,而且在高层、高耸、大跨等结构中广泛应用,几乎所有的大跨建筑物、构筑物都已成为了预应力混凝土空间结构体系的世界H1。1.1.2预应力技术在桥梁中的应用睁73预应力混凝土技术能充分发挥钢材和混凝土各自的优势,因此其强度和对不同受力状态的适应性远远超过普通混凝土,用以建造中、小桥,能够轻巧而美观,用以建造大桥,更非普通混凝土所能企及陆1。从1934年德国F.Dischiger第一座体外预应力混凝土桥梁开始,预应力混凝土开始走入了桥梁建设的舞台。1953年联邦德国建成的胡尔姆斯(Worms)

7、桥,主跨114.2m,他标志钢桥的传统旌工方法一悬臂拼装方法在预应力混凝土桥梁上创造性的应用,从而发展了预应力混凝土结构的一种新体系_T型刚构。1964年联邦德国又采用悬臂施工法,并将薄形主墩与上部结构固结,即形成了带有铰结体系主跨长度为208m的道尔夫(Bendorf)桥。70年代以后,预应力混凝土成为斜拉桥的主要材料,而斜拉桥型是大跨径混凝土的主要桥型之一。接下来的几十年里建成了数量众多的大跨径预应力混凝土桥梁,见表1.1№1。预应力混凝土桥有两座典型的结构值得一提,一座是瑞士的甘特桥,总长678m,采用平面上双向曲线布置,跨越深谷,墩高124.5m,主跨174m,在结构型式上貌似斜拉桥

8、,又似连续——刚构,是组合体系。另一座是1983年建成的Bubiyan桥,总长达2503.05m,由12组5跨或6跨连续梁组成,主跨53.8m,用逐孔拼装法架设,最快的施工速度是约24小时拼装一孔,结构形式为空间构架,由预制构件和工厂浇制项、板连成一个拼接单元随1。在国外的预应力混凝土桥梁如火如茶的建设当中时,中国也加入了预应力混凝土结构建设的大军当中。在50年代以前,预应力混凝土梁桥一般被用在百米以下的桥梁

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