大跨混合体系斜拉桥中混凝土箱型结构的受力性能

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箱型结构由于其优异的受力性能在大跨径混合体系斜拉桥中得到广泛采用,其中箱梁作为边跨混凝土主梁常用形式,空腔式箱型锚(地锚箱)又是具有竞争力的地锚形式之一,因此研究大跨混合体系斜拉桥中混凝土箱型结构受力性能极具意义。本文以湖北武穴长江公路大桥和十淅高速丹江口水库特大桥为工程背景,结合交通运输部科技计划项目“混合梁斜拉桥PC宽箱梁品质提升关键技术研究”(项目编号为:2018-MS1-017)与湖北省交通厅科技计划项目“大跨径地锚式混合梁斜拉桥关键技术研究”,对节段现浇PC宽箱梁水化热效应、基于RPC灌注的钢混结合段水化热效应和箱型地锚式桥台的受力性能进行了研究。主要内容包括:1.节段现浇PC箱梁水化热效应及控制(1)现场实测了武穴长江公路大桥南边跨混凝土箱梁N13节段水化热温度场,结果表明:节段现浇PC箱梁混凝土在前24h内达到峰值温度,并在3d内保持较高温度。由于箱梁内不同位置存在体积和浇筑时差区别,因此不同位置的温度发展不一致,加之约束条件不同导致各测点前期应变发展也不相同。(2)建立N13节段及先浇相邻节段的有限元模型,分析了混凝土箱梁相邻节段间的水化热温度场和应力场的发展规律。结果表明:在后浇节段早龄期水化热作用下,受先浇相邻节段约束作用,后浇箱梁节段内混凝土无法自由移动而产生压应力;而先浇相邻节段在距结合面约1.0m处的内腹板和顶板内产生较大的温致拉应力,最大拉应力分别为3.93MPa和4.54MPa,超过相应时刻节段混凝土的抗拉强度而可能导致箱梁开裂。(3)进行了相邻先浇节段预应力张拉分析与后浇节段混凝土入模温度分析。结果表明:降低后浇节段混凝土的水化热温升、后浇节段浇筑前张拉既有相邻节段内的横向与竖向预应力是防止混凝土开裂的有效措施。2.基于RPC灌注的钢混结合段水化热效应(1)现场取样测试了武穴长江公路大桥钢混结合段RPC灌注料及N1梁段C55混凝土早期力学性能。结果表明:RPC灌注料由于采用低水化热配合比,因此早龄期强度发展较为缓慢。低温养护条件下的RPC灌注料与C55混凝土强度和弹性模量皆低于标准养护试件,且在28d时差异仍较大。(2)现场实测了基于RPC灌注的钢混结合段水化热温度场和应力场的发展规律。结果表明:采用低水化热配合比RPC灌注的钢格室段在早龄期水化热效应作用下,各测点位置混凝土均为横向压应变,且RPC灌注料形成强度后可限制钢箱梁钢板变形,提高钢混结合段刚度。因此采用RPC灌注可改善钢混结合段浇筑质量及受力性能。3.箱型地锚式桥台的受力性能及结构布置(1)建立丹江口水库特大桥全桥杆系有限元模型,分析了地锚式桥台的力边界。结果表明:地锚式桥台除了对地锚索的锚固,还有对边跨自锚段主梁梁端的锚固(固结)。地锚箱江侧外横墙由于主梁根部受正弯矩而弯曲受拉。(2)针对边跨主梁与桥台基础之间传力的平顺性,提出了直墙式、曲肋式和肋墙式三种台梁结合处构造设计方案,并进行了实体有限元分析。结果表明:曲肋式方案中边跨主梁梁肋与桥台基础之间传力最为平顺,肋墙式次之,直墙式最差。考虑到预应力束的布置难度与效率问题,肋墙式构造更具通用性。
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