大跨度混凝土刚构桥齿板锚固处箱梁应力及裂缝分析
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摘要
近年来,随着我国经济和交通事业的不断发展,大跨预应力混凝土连续刚构桥凭借其优越的结构性能,已经越来越广泛地应用于我国的工程建设中。但目前在用预应力混凝上箱形梁在施工和运营过程中出现相当数量裂缝病害,尤其是箱梁锚固区裂缝、腹板斜裂缝,有的甚至在未承受活载的自重阶段就出现裂缝,而混凝土的开裂也带来了严重的材料非线性问题。为探讨连续刚构桥锯齿块附近箱梁裂缝的开裂机理及有效的防治措施,本文以苍溪嘉陵江特大桥主桥为依托工程,采用有限元程序对预应力混凝土连续刚构桥齿板锚固处箱梁的受力状态和裂缝开展情况进行了计算分析。本论文主要的研究工作包括：
(1)首先对国内外大跨预应力混凝土连续刚构桥的发展概况和目前箱梁裂缝的研究现状进行了介绍,在分析了混凝土裂缝成因的基础上重点分析了连续刚构桥锯齿块锚固处箱梁的开裂原因。
(2)本文对混凝土箱梁的计算分析方法进行了介绍,并以苍溪嘉陵江特大桥主桥连续刚构为依托,通过建立整体有限元模型,进行整体结构分析,然后又建立局部有限元模型,对锯齿块附近箱梁的应力分布规律进行分析,并着重研究齿块锚面下底板纵向配筋对裂缝宽度的影响,最后提出几点预防锯齿块锚固处箱梁裂缝产生的建议。
In recent years, with the continuous development of economy and traffic construction, Large-span PC Continuous Rigid Frame bridge with its fine structure performance has been widely applied in engineering construction in China. But quite amount of cracks are found during the construction and operation in the PC box girder bridges, especially cracks in the anchorage zone and the inclined cracks in the box girder webs of the bridges, and some cracks appear indeed in the deadweight phases. Moreover the craze of concrete brings severe nonlinear problem of the material. In order to probe into Large-span PC Continuous Rigid-frame Box Girder Bridge cracking mechanism of crack on the box girder near the prestressed anchorage and take effective prevention and control measures, this article relies on the Cangxi Jialingjiang River extra large bridge main bridge of Continuous Rigid-frame, using Finite Element procedure for PC Continuous Rigid-Frame bridge calculation of the stress and crack analysis. This paper mainly studies include:
(1) Firstly, the development of large-span PC Continuous Rigid Frame Bridge and current research status of box beam crack are introduced in this article. And based on the analyses of the formation causes of concrete cracks, this research analyses the reason of cracks in the box girder near the tooth block anchored zone especially.
(2) The article introduces the stress calculation and analysis method of box girder.And on the basis of Cangxi Jialingjiang River Bridge, the whole structure is analysed by the establishment of finite element model as a whole. Then through the establishment of local finite element model, the article analysis stress distribution in the box girder near the tooth block anchored zone, and focus on research effects on bottom the tooth block cracks by bottom longitudinal reinforcement. In the end, the research gives several advice of the prevention of crack in box girder near the tooth block anchored zone.
(1)首先对国内外大跨预应力混凝土连续刚构桥的发展概况和目前箱梁裂缝的研究现状进行了介绍,在分析了混凝土裂缝成因的基础上重点分析了连续刚构桥锯齿块锚固处箱梁的开裂原因。
(2)本文对混凝土箱梁的计算分析方法进行了介绍,并以苍溪嘉陵江特大桥主桥连续刚构为依托,通过建立整体有限元模型,进行整体结构分析,然后又建立局部有限元模型,对锯齿块附近箱梁的应力分布规律进行分析,并着重研究齿块锚面下底板纵向配筋对裂缝宽度的影响,最后提出几点预防锯齿块锚固处箱梁裂缝产生的建议。
In recent years, with the continuous development of economy and traffic construction, Large-span PC Continuous Rigid Frame bridge with its fine structure performance has been widely applied in engineering construction in China. But quite amount of cracks are found during the construction and operation in the PC box girder bridges, especially cracks in the anchorage zone and the inclined cracks in the box girder webs of the bridges, and some cracks appear indeed in the deadweight phases. Moreover the craze of concrete brings severe nonlinear problem of the material. In order to probe into Large-span PC Continuous Rigid-frame Box Girder Bridge cracking mechanism of crack on the box girder near the prestressed anchorage and take effective prevention and control measures, this article relies on the Cangxi Jialingjiang River extra large bridge main bridge of Continuous Rigid-frame, using Finite Element procedure for PC Continuous Rigid-Frame bridge calculation of the stress and crack analysis. This paper mainly studies include:
(1) Firstly, the development of large-span PC Continuous Rigid Frame Bridge and current research status of box beam crack are introduced in this article. And based on the analyses of the formation causes of concrete cracks, this research analyses the reason of cracks in the box girder near the tooth block anchored zone especially.
(2) The article introduces the stress calculation and analysis method of box girder.And on the basis of Cangxi Jialingjiang River Bridge, the whole structure is analysed by the establishment of finite element model as a whole. Then through the establishment of local finite element model, the article analysis stress distribution in the box girder near the tooth block anchored zone, and focus on research effects on bottom the tooth block cracks by bottom longitudinal reinforcement. In the end, the research gives several advice of the prevention of crack in box girder near the tooth block anchored zone.
引文
[1]项贻强,唐国斌.混凝土箱梁桥开裂机理及控制.北京：中国水利水电出版社,2010
[2]张方.大型混凝土箱梁裂缝研究.成都：西南交通大学硕士论文.2004
[3]宋玉鑫.框架—剪力墙结构现浇板裂缝研究.沈阳：沈阳建筑大学硕士论文.2011
[4]王铁梦.工程结构裂缝控制.北京：中国建筑工业出版社.2002
[5]李俊.大跨度预应力混凝土连续刚构桥裂缝研究.成都：西南交通大学硕士论文.2004
[6]赵国藩,李树瑶.钢筋混凝土结构的裂缝控制.北京：海洋出版社.1991
[7]周剑.连续刚构桥跨中合龙段底板崩裂的防治研究.重庆：重庆交通大学硕士论文.2009
[8]韩志星.大跨连续刚构桥箱梁底板裂缝分析及参数研究.西安：长安大学硕士论文.2010
[9]ACI Committee318.Building code requirements for structural concrete (ACI 318-02) and commentary (ACI 318R-02).2002,25(1):12-14
[10]Nilsson,Arthur H.Nonlinear Analysis of Reinforced Concrete by the Finite Element Method.ACI Journal,1968,65(9):6-8
[11]Ngo D,Scordelis A.Finite element analysis of reinforced concrete beams.J Am Cone Inst,1967,64:152-163
[12]许惟国,何广汉.连续刚构桥锚固区局部应力的研究.西南交通大学学报,2004,39(3)：371-374
[13]杨勇智.预应力砼箱梁节段张拉锚固面底板纵向裂缝分析与处理.兰州交通大学学报,2009,28(4)：54-57
[14]罗锐.大跨度预应力混凝土连续刚构桥箱梁裂缝成因及锚固区局部应力分析.成都：西南交通大学硕士论文,2007
[15]刘明辉.预应力混凝土箱梁桥的空间非线性分析研究.长沙：长沙理工大学硕士论文,2004
[16]周文辉.苍溪嘉陵江特大连续刚构桥施工控制方法与实践.成都：西南交通大学硕士论文,2011
[17]中华人名共和国国家标准.混凝土结构设计规范(GB 50010-2002).北京：中国建筑工业出版社,2002
[18]中华人民共和国行业标准.港口混凝土结构设计规范(JTJ267-98).北京：人民交通出版社,1998
[19]中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-1985).北京：人民交通出版社,1985
[20]中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004).北京：人民交通出版社,2004
[21]中华人民共和国行业标准.铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(TB 1002.3-2005).北京：中国铁道出版社,2005
[22]胡隽.钢筋混凝土桥梁裂缝研究.杭州：浙江大学博士后研究报告.2002
[23]钟新谷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析、防治及钢箱—混凝土组合梁研究.长沙：湖南大学博士后研究报告.2002
[24]朱汉华,陈孟部,袁迎捷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治.北京：人民交通出版社,2006
[25]刘山洪,钱永久.大跨PC箱梁桥腹板裂缝的控制研究.重庆交通学院学报.2005,24(4)：19-22
[26]陆洲导,陈永秀.某钢筋混凝土变截面连续箱梁桥腹板裂缝原因分析及处理方法.工业建筑,2002,32(9)：71-73
[27]崔宏涛,贺虹.预应力混凝土连续箱梁桥纵向裂缝仿真分析.中外公路,2006,26(4)：115-118
[28]陈泽.桁式组合拱桥的固有缺陷及其损伤机理分析.重庆：重庆交通大学硕士论文.2010
[29]王林.大跨径预应力混凝土桥梁温度、徐变效应的分析研究.杭州：浙江大学硕士论文.2005
[30]刘兴法.混凝土结构的温度应力分析.北京：人民交通出版社,1991
[31]黄国兴,惠荣炎.混凝土的收缩.北京：中国铁道出版社,1990
[32]龚世康.简支连续小箱梁桥施工质量控制与影响因素分析研究.杭州：浙江大学硕士论文.2007
[33]徐凌.混凝土桥梁施工工艺质量引起的裂缝.齐齐哈尔大学学报(自然科学版),2007,23(2)：69
[34]杜子林.混凝土桥梁施工质量引起的裂缝分析与防治.市政设施管理(自然科学版),2007,(2)：11-12
[35]张松榆,刘祥顺.建筑材料质量检测与评定.武汉：武汉理工大学出版社,2007
[36]薛鹏飞.预应力混凝土连续刚构桥结构性能退化预测评估研究.杭州：浙江大学博士论文.2009
[37]郑步全,吴培峰.某钢筋混凝土连续曲线梁桥裂缝事故分析与设计修正.公路交通科技,2004,21(11)：35-38
[38]高娟.地基基础沉降裂缝的形状与加固处理.河北工程技术高等专科学校学报,2005,S11)：97-98
[39]范庆杰.大跨预应力混凝土连续刚构箱梁底板纵向裂缝开裂机理与防治措施分析研究.西安：长安大学硕士论文.2010
[40]Eurcode 2.Design of concrete structures-Part 1-1 Gemera rules and rules for building (EN 1992-1-1:2004).2004,12(36):15-25
[41]Darwin,D.And Pecknold,D.Analysis of R.c.Shear panels under Cylic Loading,ASCE,102,ST2,1976
[42]De Groot,A.K.Numerucai Modelling of Bond-Slip Behaviour,Heron Concrete Mechanics,26,1B,1968
[43]吴光宇.大跨P.C.桥梁非线性行为的分析理论及其极限承载力计算研究.杭州：浙江大学硕士论文.2006
[44]吴胜兴.混凝土裂缝开展宽度计算的有限元法.计算力学学报,1997,14(1)：70-77
[45]闫栋.寒冷地区预应力混凝土连续箱梁开裂数值分析.西安：长安大学硕士论文.2011
[46]罗旭,李新平.预应力混凝土连续箱梁底板锚下裂缝分析.公路交通科技,2005,22(12)：94-97
[47]Ajaya,K.G.And Habibollah,A..Cracking of Reinforced Conrete Analysis,ASCE,ST8,1984
[48]R.A.Miller.Destructive Testing of Decommissioned Concrete Slab Bridge [J].Journal of Structural Engineering,1994,120(7):2176-2198
[49]Storoy H.Fiber-optic condition monitoring during a full scale destructive bridge [J].Journal of Intelligent Material System and Structures,1998,8 (8):633-643
[50]Podolny,Walter Jr.The Cause of Cracking in Post Tensioned Concrete Box Girder Bridge and Retrofit Procedures.PCI Journal,1995,30(2):82-139
[51]李小祥.大跨径预应力混凝土箱梁桥曲线底板破坏机理研究.上海：同济大学博士论文.2009
[52]李华明.大跨径预应力混凝土连续刚构桥裂缝机理与对策研究.北京：北京交通大学硕士论文.2006
[53]陆新征,江见鲸.利用ANSYS Solid65单元分析复杂应力条件下的混凝土结构.建筑结构,2003,33(6)：22-24
[54]赵卫国.公路钢筋混凝土梁桥的病害分析与受损后承载能力计算.西安：长安大学硕士论文.2007
[55]颜少荣.满足裂缝宽度要求配筋的直接计算法.五邑大学学报(自然科学版),2004,18(4)：43-46
[56]龚署光,谢桂兰ANSYS操作命令与参数化编程.北京：机械工业出版社,2004
[57]叶见曙,李国平.结构设计原理.北京：人民交通出版社.2006
[58]周世军.钢筋混凝土箱型梁的极限承载力分析.铁道学报,1997,19(2)：73-79
[59]侯世峰.基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究.长沙：中南大学硕士论文.2009
[60]王传志,腾志明.钢筋混凝土结构理论.北京：中国建筑工业出版社,1985
[61]叶英华,刁波Nonlinear Analysis of Concrete Structures[M]哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1996
[62]栾静静.预应力混凝土连续箱梁桥合龙段底板裂缝分析研究.南京：东南大学硕士论文.2007
[63]李彦兵.预应力混凝土箱梁桥开裂原因分析及防治措施.公路,2006,(18)：255-259
[64]张蝶.预应力混凝土连续箱梁桥合龙段底板裂缝分析研究.北京：北京交通大学硕士论文.2009
[65]Chen W F.Plasticity in reinforced concrete.New York:McGraw-Hill Book Company,1982
[66]张振宇.三维广义有限元法及其在混凝土结构开裂分析中的应用.南京：河海大学硕士论文.2005
[67]张盛东.混凝土本构理论研究进展与评述.南京建筑工程学院学报,2002,(3)：44-53
[68]宋玉普,赵国藩.应变空间混凝土的破坏准则.大连理工大学学报,1991,31(4)：455-462
[69]宋玉普,赵国藩.钢筋混凝土结构非线性有限元法分析.大连工学院学报,1984,21(2)：12-15
[70]葛俊颖,李义强.基于ANSYS的桥梁结构分析.北京：中国铁道出版社,2007
[2]张方.大型混凝土箱梁裂缝研究.成都：西南交通大学硕士论文.2004
[3]宋玉鑫.框架—剪力墙结构现浇板裂缝研究.沈阳：沈阳建筑大学硕士论文.2011
[4]王铁梦.工程结构裂缝控制.北京：中国建筑工业出版社.2002
[5]李俊.大跨度预应力混凝土连续刚构桥裂缝研究.成都：西南交通大学硕士论文.2004
[6]赵国藩,李树瑶.钢筋混凝土结构的裂缝控制.北京：海洋出版社.1991
[7]周剑.连续刚构桥跨中合龙段底板崩裂的防治研究.重庆：重庆交通大学硕士论文.2009
[8]韩志星.大跨连续刚构桥箱梁底板裂缝分析及参数研究.西安：长安大学硕士论文.2010
[9]ACI Committee318.Building code requirements for structural concrete (ACI 318-02) and commentary (ACI 318R-02).2002,25(1):12-14
[10]Nilsson,Arthur H.Nonlinear Analysis of Reinforced Concrete by the Finite Element Method.ACI Journal,1968,65(9):6-8
[11]Ngo D,Scordelis A.Finite element analysis of reinforced concrete beams.J Am Cone Inst,1967,64:152-163
[12]许惟国,何广汉.连续刚构桥锚固区局部应力的研究.西南交通大学学报,2004,39(3)：371-374
[13]杨勇智.预应力砼箱梁节段张拉锚固面底板纵向裂缝分析与处理.兰州交通大学学报,2009,28(4)：54-57
[14]罗锐.大跨度预应力混凝土连续刚构桥箱梁裂缝成因及锚固区局部应力分析.成都：西南交通大学硕士论文,2007
[15]刘明辉.预应力混凝土箱梁桥的空间非线性分析研究.长沙：长沙理工大学硕士论文,2004
[16]周文辉.苍溪嘉陵江特大连续刚构桥施工控制方法与实践.成都：西南交通大学硕士论文,2011
[17]中华人名共和国国家标准.混凝土结构设计规范(GB 50010-2002).北京：中国建筑工业出版社,2002
[18]中华人民共和国行业标准.港口混凝土结构设计规范(JTJ267-98).北京：人民交通出版社,1998
[19]中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-1985).北京：人民交通出版社,1985
[20]中华人民共和国行业标准.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTGD62-2004).北京：人民交通出版社,2004
[21]中华人民共和国行业标准.铁路桥涵钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(TB 1002.3-2005).北京：中国铁道出版社,2005
[22]胡隽.钢筋混凝土桥梁裂缝研究.杭州：浙江大学博士后研究报告.2002
[23]钟新谷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析、防治及钢箱—混凝土组合梁研究.长沙：湖南大学博士后研究报告.2002
[24]朱汉华,陈孟部,袁迎捷.预应力混凝土连续箱梁桥裂缝分析与防治.北京：人民交通出版社,2006
[25]刘山洪,钱永久.大跨PC箱梁桥腹板裂缝的控制研究.重庆交通学院学报.2005,24(4)：19-22
[26]陆洲导,陈永秀.某钢筋混凝土变截面连续箱梁桥腹板裂缝原因分析及处理方法.工业建筑,2002,32(9)：71-73
[27]崔宏涛,贺虹.预应力混凝土连续箱梁桥纵向裂缝仿真分析.中外公路,2006,26(4)：115-118
[28]陈泽.桁式组合拱桥的固有缺陷及其损伤机理分析.重庆：重庆交通大学硕士论文.2010
[29]王林.大跨径预应力混凝土桥梁温度、徐变效应的分析研究.杭州：浙江大学硕士论文.2005
[30]刘兴法.混凝土结构的温度应力分析.北京：人民交通出版社,1991
[31]黄国兴,惠荣炎.混凝土的收缩.北京：中国铁道出版社,1990
[32]龚世康.简支连续小箱梁桥施工质量控制与影响因素分析研究.杭州：浙江大学硕士论文.2007
[33]徐凌.混凝土桥梁施工工艺质量引起的裂缝.齐齐哈尔大学学报(自然科学版),2007,23(2)：69
[34]杜子林.混凝土桥梁施工质量引起的裂缝分析与防治.市政设施管理(自然科学版),2007,(2)：11-12
[35]张松榆,刘祥顺.建筑材料质量检测与评定.武汉：武汉理工大学出版社,2007
[36]薛鹏飞.预应力混凝土连续刚构桥结构性能退化预测评估研究.杭州：浙江大学博士论文.2009
[37]郑步全,吴培峰.某钢筋混凝土连续曲线梁桥裂缝事故分析与设计修正.公路交通科技,2004,21(11)：35-38
[38]高娟.地基基础沉降裂缝的形状与加固处理.河北工程技术高等专科学校学报,2005,S11)：97-98
[39]范庆杰.大跨预应力混凝土连续刚构箱梁底板纵向裂缝开裂机理与防治措施分析研究.西安：长安大学硕士论文.2010
[40]Eurcode 2.Design of concrete structures-Part 1-1 Gemera rules and rules for building (EN 1992-1-1:2004).2004,12(36):15-25
[41]Darwin,D.And Pecknold,D.Analysis of R.c.Shear panels under Cylic Loading,ASCE,102,ST2,1976
[42]De Groot,A.K.Numerucai Modelling of Bond-Slip Behaviour,Heron Concrete Mechanics,26,1B,1968
[43]吴光宇.大跨P.C.桥梁非线性行为的分析理论及其极限承载力计算研究.杭州：浙江大学硕士论文.2006
[44]吴胜兴.混凝土裂缝开展宽度计算的有限元法.计算力学学报,1997,14(1)：70-77
[45]闫栋.寒冷地区预应力混凝土连续箱梁开裂数值分析.西安：长安大学硕士论文.2011
[46]罗旭,李新平.预应力混凝土连续箱梁底板锚下裂缝分析.公路交通科技,2005,22(12)：94-97
[47]Ajaya,K.G.And Habibollah,A..Cracking of Reinforced Conrete Analysis,ASCE,ST8,1984
[48]R.A.Miller.Destructive Testing of Decommissioned Concrete Slab Bridge [J].Journal of Structural Engineering,1994,120(7):2176-2198
[49]Storoy H.Fiber-optic condition monitoring during a full scale destructive bridge [J].Journal of Intelligent Material System and Structures,1998,8 (8):633-643
[50]Podolny,Walter Jr.The Cause of Cracking in Post Tensioned Concrete Box Girder Bridge and Retrofit Procedures.PCI Journal,1995,30(2):82-139
[51]李小祥.大跨径预应力混凝土箱梁桥曲线底板破坏机理研究.上海：同济大学博士论文.2009
[52]李华明.大跨径预应力混凝土连续刚构桥裂缝机理与对策研究.北京：北京交通大学硕士论文.2006
[53]陆新征,江见鲸.利用ANSYS Solid65单元分析复杂应力条件下的混凝土结构.建筑结构,2003,33(6)：22-24
[54]赵卫国.公路钢筋混凝土梁桥的病害分析与受损后承载能力计算.西安：长安大学硕士论文.2007
[55]颜少荣.满足裂缝宽度要求配筋的直接计算法.五邑大学学报(自然科学版),2004,18(4)：43-46
[56]龚署光,谢桂兰ANSYS操作命令与参数化编程.北京：机械工业出版社,2004
[57]叶见曙,李国平.结构设计原理.北京：人民交通出版社.2006
[58]周世军.钢筋混凝土箱型梁的极限承载力分析.铁道学报,1997,19(2)：73-79
[59]侯世峰.基于ANSYS的钢筋混凝土结构裂缝分布及宽度研究.长沙：中南大学硕士论文.2009
[60]王传志,腾志明.钢筋混凝土结构理论.北京：中国建筑工业出版社,1985
[61]叶英华,刁波Nonlinear Analysis of Concrete Structures[M]哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,1996
[62]栾静静.预应力混凝土连续箱梁桥合龙段底板裂缝分析研究.南京：东南大学硕士论文.2007
[63]李彦兵.预应力混凝土箱梁桥开裂原因分析及防治措施.公路,2006,(18)：255-259
[64]张蝶.预应力混凝土连续箱梁桥合龙段底板裂缝分析研究.北京：北京交通大学硕士论文.2009
[65]Chen W F.Plasticity in reinforced concrete.New York:McGraw-Hill Book Company,1982
[66]张振宇.三维广义有限元法及其在混凝土结构开裂分析中的应用.南京：河海大学硕士论文.2005
[67]张盛东.混凝土本构理论研究进展与评述.南京建筑工程学院学报,2002,(3)：44-53
[68]宋玉普,赵国藩.应变空间混凝土的破坏准则.大连理工大学学报,1991,31(4)：455-462
[69]宋玉普,赵国藩.钢筋混凝土结构非线性有限元法分析.大连工学院学报,1984,21(2)：12-15
[70]葛俊颖,李义强.基于ANSYS的桥梁结构分析.北京：中国铁道出版社,2007