大跨PC连续刚构桥正截面最小压应力储备值研究

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1、64世界桥梁2016，44(2)大跨PC连续刚构桥正截面最小压应力储备值研究邬晓光，杜仕朝，殷任宏(长安大学桥梁与隧道陕西省重点试验室，陕西西安710064)摘要：为改善大跨PC连续刚构桥因设计阶段应力储备不足引起后期运营阶段桥梁开裂和下挠问题，通过分析大跨PC连续刚构桥结构应力状态和混凝土强度理论，提出桥梁设计阶段正截面最小压应力储备值概念，推导出桥梁在设计阶段跨中梁段应预留的正截面最小压应力储备值计算式。以3座大跨PC连续刚构桥为例，对储备值计算式的可行性进行算例验证，结果表明：正截面最小压应力储备值计算公式解与实桥有限元解的误差最大值为4．5，满足设计要求；正截面

2、最小压应力储备值与桥梁跨径有关，桥梁跨径越大正截面最小压应力储备值越大，跨径越小正截面最小压应力储备值越小；该计算式适用于大跨PC连续刚构桥，对其它结构体系桥梁正应力储备值应另行研究。关键词：连续刚构桥；预应力结构；开裂；下挠；压应力；储备值；设计；有限元法中图分类号：U448．23；U441．5文献标志码：A文章编号：1671—7767(2016)02—0064—041引言提出采用在设计阶段预留正截面最小压应力储备值对已建成的大跨PC连续刚构桥调研发现，桥的方式来抵消应力设计理论不足带来的应力偏差，梁在运营阶段普遍存在不同程度的开裂及跨中下挠最终达到控制截面开裂和跨中

3、下挠的目的_。现象口]，而且随着桥梁跨度的增大，箱梁开裂和下挠的趋势更加严重_2]。近年来，许多学者和专家针对2连续刚构桥梁截面应力分析研究大跨PC连续刚构桥的此类病害进行了大量研究。2．1混凝土箱梁桥应力设计理论的不足KristckV、KohoukovaAl3提出桥梁箱体开裂与混目前，混凝土箱梁桥应力设计理论主要有以下凝土的收缩徐变、剪切效应有直接联系；WonSeok两方面不足。Chungl4认为箱梁底板厚度及预应力的锚固位置是(1)在理论计算斜截面主拉应力时，考虑了弯影响开裂的主要原因；马振栋、巴力]提出预应力曲、扭转(引入了活载偏载系数等)、剪力滞效应(有摩阻损失

4、及施工原因是导致桥梁开裂及跨中下挠的效翼缘宽度)及横向弯曲(桥面板计算)，但当采用平根本原因；徐栋采用七自由度的空间分析和弹性面有限元分析和一般的空间梁单元分析时，无法考地基梁(BEF)相结合的方法，对样本桥梁进行了跟虑翘曲、畸变引起的二次正应力以及畸变引起的横踪施工过程的计算分析，提出后期采用增加体外预向弯曲应力D0,117。应力钢束的方法来抑制桥梁“持续下挠”的措施；范(2)斜截面的主拉应力公式中，混凝土剪应力r立础[8提出的“零弯矩”原理既可以缓解施工过程产的计算主要是沿用开口截面的剪应力计算公式，而生的弯矩，又能抵消混凝土徐变引起的结构次内力，对于箱梁等闭合薄壁

5、构件，不能完全像T梁、工字使成桥截面应力和线性均达到良好的效果。梁等构件加以简化或者忽略，故导致实际的截面应目前对大跨PC连续刚构桥的研究主要集中在力和最初的设计应力存在偏差¨]。材料、施工、后期养护等方面，对桥梁设计理论和设2．2混凝土箱梁强度理论及破坏准则计方法方面的研究还不够深入。不完善的设计理论大跨度PC连续刚构桥正应力和主应力超限是和设计方法导致桥梁实际应力状态与理论应力状态截面开裂和跨中下挠的主要原因，通过混凝土强度之间产生偏差，造成后期运营阶段混凝土拉应力超理论及本构关系来研究大跨径PC连续刚构桥关键限，严重时会引起箱梁开裂和跨中下挠。因此，本文截面或梁段

6、正应力和主应力之间内在关联性口。收稿日期：2015—09—25基金项目：陕西省交通运输厅科技项目(13—25k)作者简介：邬晓光(1961一)，男，教授，1986年毕业于西安公路学院桥梁工程专业，工学学士，1989年毕业于西安公路学院桥梁工程专业，工学硕士，2005年毕业于西安建筑科技大学结构工程专业，工学博士(E—mail：wxgwst．on~126．corn)。大跨PC连续刚构桥正截面最小压应力储备值研究邬晓光，杜仕朝，殷任宏65f一三f一匦觏{lJa一丁cosaOl∞s3_一4J3Ⅲ，=[兰至]一[兰至≥]c，COSt]2：z—,／—77J』IJcos(‘O1f}

7、+。一131I21lI(]2)3算例分析以3座大跨径预应力混凝土连续刚构桥梁为样一号(+。+)一号(+。+。)(5)本，对比有限元计算结果，验证正截面最小压应力储备值计算公式。3．1样本桥梁(1)样本桥梁I为(62．5+4x115+62．5)m六跨预应力混凝土连续刚构。箱梁采用单箱单室截面，顶板宽12．0m，底板宽6．5m，翼缘板悬臂长2．75m。箱梁根部梁高6．5m，跨中梁高2．8m；根部底板厚0．9m，跨中底板厚0．32m；梁高及底板J1一s1+52+s3—0厚度均按二次抛物线变化。其整体模型如图1所示。1．，2=÷[(1—0"2)。