斜拉板桥斜拉板裂缝成因研究及加固技术探讨

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用混凝土包裹斜拉索形成特有的结构体系—斜拉板桥,使它同时集斜拉桥,刚性索,低塔三者的优点于一身。由于斜拉桥以及矮塔斜拉桥技术的日趋完善、斜拉板桥的受力不明确性、难以确保大面积斜拉板不开裂等各种原因,到目前为止斜拉板桥建设甚少,但某些斜拉板桥仍在使用,对斜拉板桥的研究分析仍有价值。论文以某斜拉板桥为工程背景,该桥斜拉板出现严重的开裂,论文针对斜拉板裂缝成因、裂缝开展、裂缝的方向以及斜拉板的加固展开研究,具体研究内容如下:(1)针对可能有引起斜拉板开裂的原因预应力的损失、温度、收缩徐变、移动荷载、风荷载,通过MIDAS/Civil、FEA对斜拉板桥全桥进行有限元建模分析,从而通过斜拉板的最大主应力以及最小主应力并结合第一强度理论以及第二强度理论判断裂缝的产生。结果表明,不同因素对斜拉板的影响区域不同,预应力的损失主要影响斜拉板与主塔交接区域以及斜拉板斜下缘1/3区域;温度荷载主要影响斜拉板1/2下缘区域;风荷载主要影响斜拉板被约束的区域(斜拉板与主塔主梁交接区域);车道荷载对整个斜拉板斜上方区域主应力均有影响;收缩徐变对整个斜拉板影响甚小。(2)通过单独分析温度、收缩徐变、移动荷载、风荷载作用对斜拉板的影响,对斜拉板的影响排序:移动荷载>温度荷载>风荷载>收缩徐变。预应力的损失、温度下降、收缩徐变年限增加、移动荷载提高、风荷载提升相同百分比,对斜拉板的影响排序:预应力的损失>移动荷载提高>温度下降>风荷载提升>收缩徐变年限增加。相应的,荷载单独作用或荷载增加相同百分比,对斜拉板影响越大,斜拉板也易开裂。预应力损失、移动荷载、温度荷载是斜拉板开裂主要影响因素,也即斜拉板开裂的主要原因,收缩徐变和风荷载是次要原因。(3)运用FEA建立弥散式总应变裂缝模型,分析裂缝的产生、开展以及裂缝的方向、宽度。结果表明,斜拉板最易开裂的区域是斜拉板与主塔交接处以及斜拉板斜下方与主梁交接处,随后裂缝再延展至斜拉板的斜下方区域,最终裂缝延申至斜拉板整个斜上方区域;结构裂缝的方向以及产生裂缝的区域和实际的裂缝方向以及开裂区域大致相同,大部分斜拉板裂纹的方向与斜拉板的板面垂直,也即裂缝方向垂直与斜拉板斜向上受拉方向,开裂区域遍布斜拉板的斜上方区域。(4)基于斜拉板的受力性能、裂缝产生原因对斜拉板的加固方式进行探讨,通过加厚斜拉板、在斜拉板上粘贴钢板、张拉体外预应力三种加固方式进行斜拉板主应力的对比分析。结果表明,最有效果的加固方式是张拉体外预应力,粘贴钢板次之,加厚斜拉板加固效果不明显。
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