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本文针对混凝土连续刚构桥开裂与长期下挠问题,结合河北省交通厅科技课题《高墩大跨径连续刚构桥开裂控制研究》的背景工程,应用拉压杆模型理论就混凝土桥梁非规则区防裂设计问题展开研究。主要工作如下:1.在全面调查预应力混凝土连续刚构桥常见病害与成因分析的基础上,结合混凝土桥梁传统设计理论的分析,指出混凝土桥梁非规则区设计理论的不完善是导致混凝土桥梁可靠性下降的重要因为。结合国内外研究现状,提出混凝土桥梁设计尚需解决的两个关键问题:混凝土桥梁精细分析和D区设计理论的完善。
2.基于ACI规范讨论了拉压杆理论的形成背景与相关设计细节,探讨了应用拉压杆模型的关键因素,并结合桥梁工程非规则区受力特点与荷载形式的特殊性,确定了拉压杆理论在桥梁结构中应用的主要部位,即:局部锚固区和零号块等荷载变化幅度较小的区域。
3.在分析国内关于预应力混凝土连续刚构桥零号块仿真研究不足的基础上,通过有限元数值分析方法,建立了背景工程零号块精细化数值分析模型,系统分析了施工阶段、纵向预应力、竖向预应力和收缩徐变因素对零号块空间受力状态的影响。结果表明:零号块应力集中部位主要分布在腹板和项底板交接处,即:剪力滞后效应明显的部位。在此基础上,应用拉压杆理论将零号块模拟为空间拉压杆模型,采用换算规范公式验算了混凝土压杆和拉杆的强度。最终形成的零号块拉压杆模型可供类似工程设计参考。
4.建立全桥单悬臂T构的实体单元精细化分析模型,对最大悬臂施工过程的桥梁空间应力状态进行了系统分析,其精细化分析结果表明:基于空间梁单元模型分析结果无法全面反映桥梁局部应力状态,桥梁防裂设计应采用空间实体单元的精细化分析方法。桥梁精细化分析方法对保证桥梁设计的可靠性具有较强的现实意义。