自然環(huán)境條件下大跨度勁性骨架混凝土拱橋長(zhǎng)期變形行為研究.pdf_第1頁(yè)
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1、勁性骨架混凝土拱橋以其跨度大、承載力高、成橋后穩(wěn)定性高和適合于復(fù)雜深山峽谷地形等特征為大跨度高速鐵路橋梁設(shè)計(jì)者所鐘愛。為保證高速鐵路行駛的安全性和舒適性,需嚴(yán)格控制拱圈的長(zhǎng)期變形,但目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者對(duì)此類拱橋的溫度場(chǎng)效應(yīng)及長(zhǎng)期變形研究還較為欠缺。本文以主跨為445 m的滬昆客運(yùn)專線北盤江鋼管混凝土勁性骨架混凝土拱橋?yàn)楣こ瘫尘埃M(jìn)行了鋼管混凝土軸壓構(gòu)件收縮徐變?cè)囼?yàn),并對(duì)拱圈溫度場(chǎng)和長(zhǎng)期變形行為進(jìn)行了試驗(yàn)及理論研究。主要研究?jī)?nèi)容、方法和研

2、究成果如下:
  1、探討了用氣象參數(shù)方法分析混凝土箱梁溫度場(chǎng)時(shí)的太陽(yáng)輻射作用、對(duì)流換熱和輻射換熱系數(shù)計(jì)算公式之間的差異;基于計(jì)算實(shí)例,選取了太陽(yáng)輻射作用時(shí)的合理計(jì)算公式,并簡(jiǎn)化了對(duì)流換熱和輻射換熱公式;對(duì)比了濕度場(chǎng)和溫度場(chǎng)微分方程及邊界條件的差別,探討了用ANSYS溫度場(chǎng)有限元方法分析混凝土濕度場(chǎng)的可行性,并給出了相關(guān)系數(shù)取值公式及范圍。研究表明在合理參數(shù)取值情況下,采用ANSYS的溫度場(chǎng)模塊能較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)混凝土內(nèi)部濕度場(chǎng)分布

3、。(第2章)
  2、收集了既有國(guó)內(nèi)混凝土收縮徐變?cè)囼?yàn)結(jié)果,探討了通用收縮徐變預(yù)測(cè)模型在我國(guó)的適用性;在分析既有溫度和相對(duì)濕度作用下的混凝土收縮徐變預(yù)測(cè)模型的優(yōu)缺點(diǎn)后,基于大量試驗(yàn)結(jié)果及CEB10模型,提出了可計(jì)算自然環(huán)境條件下的混凝土收縮徐變預(yù)測(cè)模型公式并進(jìn)行了驗(yàn)證;該模型可考慮自然環(huán)境下的溫度和相對(duì)濕度變化情況,在一定條件下具有較高精度;通過(guò)ANSYS二次開發(fā)中的蠕變算法和膨脹算法,探討了用ANSYS有限元程序計(jì)算復(fù)雜結(jié)構(gòu)和邊

4、界條件下的混凝土橋梁長(zhǎng)期變形方法;以預(yù)應(yīng)力混凝土T型截面梁和兩跨混凝土箱梁長(zhǎng)期變形試驗(yàn)為算例,驗(yàn)證了本文算法的正確性。(第3章)
  3、對(duì)溫度影響下的振弦式應(yīng)變傳感器特性進(jìn)行試驗(yàn)研究,探討了自然環(huán)境條件下自由傳感器、埋置于混凝土收縮徐變?cè)噳K和鋼管混凝土收縮徐變?cè)噳K傳感器的溫度特性修正公式;在橋址現(xiàn)場(chǎng)附近進(jìn)行了自然環(huán)境條件下鋼管混凝土軸壓構(gòu)件收縮徐變?cè)囼?yàn);試驗(yàn)表明高強(qiáng)度鋼管混凝土的收縮徐變結(jié)果比普通混凝土小,鋼管和混凝土之間完全粘

5、結(jié)假設(shè)成立;基于力平衡條件、變形協(xié)調(diào)條件、按照齡期調(diào)整的有效模量法和逐步積分法推導(dǎo)了鋼管混凝土受壓構(gòu)件在考慮緊箍力和不考慮緊箍力狀態(tài)下的長(zhǎng)期變形計(jì)算公式,并進(jìn)行了參數(shù)分析;計(jì)算表明本文推導(dǎo)的公式簡(jiǎn)單,具有較高精度,考慮自然環(huán)境條件下的混凝土收縮徐變預(yù)測(cè)模型能進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)精度。(第4章)
  4、在勁性骨架混凝土拱橋模型試驗(yàn)的基礎(chǔ)上,對(duì)成拱階段拱圈溫度效應(yīng)進(jìn)行了測(cè)試。另外,還實(shí)測(cè)了施工和成拱階段拱圈的長(zhǎng)期變形、鋼管和混凝土應(yīng)力情況

6、。試驗(yàn)結(jié)果表明,拱圈沿拱軸線方向上溫度呈現(xiàn)非均勻分布;隨時(shí)間變化,拱圈關(guān)鍵截面位移和應(yīng)力呈周期性變化,非均勻溫度效應(yīng)對(duì)混凝土拱箱變形和應(yīng)力有較大影響;受混凝土收縮徐變效應(yīng)的影響,施工過(guò)程和成拱階段拱圈位移逐漸增加,混凝土應(yīng)變和鋼管應(yīng)力隨時(shí)間逐漸增加,由混凝土收縮徐變引起的拱圈長(zhǎng)期變形效應(yīng)不容忽視。(第5章)
  5、基于溫度場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果和氣象參數(shù)的混凝土箱梁有限元分析方法,綜合分析拱箱特點(diǎn),建立了沿拱圈方向不同邊界條件的二維平面溫度

7、場(chǎng)模型;將二維模型計(jì)算的沿梁高度方向上的非線性溫度梯度轉(zhuǎn)化為便于ANSYS中梁?jiǎn)卧褂玫木€性溫度梯度,并用于拱圈三維梁?jiǎn)卧獪囟刃?yīng)分析;最后用三維實(shí)體有限元模型和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)上述模型進(jìn)行了驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn),沿拱軸線方向溫度分布不同的二維平面溫度場(chǎng)模型可用于分析拱箱的溫度場(chǎng)和豎向溫度梯度,三維梁?jiǎn)卧獪囟刃?yīng)模型計(jì)算的拱圈關(guān)鍵截面溫度應(yīng)力和變形與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合良好。(第6章)
  6、基于收集的橋址處溫度、相對(duì)濕度和降雨量等參數(shù),用ANSY

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