协作体系混凝土斜拉桥主梁裂缝成因分析与加固方法研究

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1、分类号:U44；U4510710-2012121068硕士学位论文协作体系混凝土斜拉桥主梁裂缝成因分析与加固方法研究王亚萍导师姓名职称狄谨教授申请学位类别硕士学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期2015年5月20日论文答辩日期2015年5月30日学位授予单位长安大学TheStudyoftheCauseofGirderCrackandReinforcementMethodinCollaborativeConcreteCable-StayedBridgeAThesisSubmittedfortheD

2、egreeofMasterCandidate：WangYapingSupervisor：DiJinChang’anUniversity,Xi’an,China摘要混凝土斜拉桥以其在稳定性和经济方面的优势成为近几十年来大跨度桥梁设计中的优选方案。然而，混凝土主梁的开裂问题也成为阻碍其发展的突出问题，成为学术界、工程界关注的焦点。为了分析斜拉桥混凝土主梁的开裂原因，本文以某协作体系独塔混凝土斜拉桥为例，主要完成如下工作：（1）分别阐述西侧74.5m协作跨、主跨无索区以及东侧49.5m协作跨的主梁裂缝分

3、布情况，并对其裂缝形成原因进行初步分析。经分析可知：集卡车等重型车辆荷载、拉压支座的失效、49.5m跨箱梁本身横向刚度不足是造成箱梁开裂的可能原因。（2）采用有限元分析软件Midas/Civil建立全桥模型，按照设计荷载计算该桥在成桥阶段和运营阶段主梁腹板、顶板和底板的应力，以验证该桥在设计上是否满足要求。计算结果表明：主梁在成桥阶段和运营阶段受力虽然满足要求，但抗裂储备较小。（3）考虑到该桥自运营以来交通拥堵不断，且大部分为集卡车等重型车辆，因此采用有限元方法计算分析集卡车正常通行和单侧堵车两种

4、状况下两侧协作跨主梁腹板的应力。结果表明，集卡车荷载作用下，主梁腹板应力超限的部位与开裂位置相吻合。（4）鉴于23号墩处的拉压支座在运营过程中被压碎而失效，主梁受力状态发生改变。因此本文以两侧协作跨主梁腹板、顶板和底板应力为研究对象，分析23号墩处拉压支座失效对主梁受力状态的影响。结果表明拉压支座失效会造成24号墩处顶板横向开裂。（5）鉴于单梁模型并不能反映箱梁的空间应力状态，尤其是横桥向受力状态，因此采用ANSYS建立49.5m跨实体有限元模型，对箱梁的横向受力进行计算分析。计算结果表明：顶板和

5、底板在直腹板附近的主拉应力均远超过限值，与该跨顶板和底板的顺桥向裂缝分布位置完全一致。（6）提出拆除实体块、增设纵梁和横隔板以及张拉横向预应力钢束等四个加固措施，以改善49.5m跨横向刚度不足的状况，并采用ANSYS软件依次建立加固后的空间有限元模型，然后将加固前后的应力进行对比，从而验证此加固方案对控制该协作跨箱梁开裂的效果。计算结果表明：经加固后，箱梁横向刚度大大提高，受力满足要求。关键词：协作体系混凝土斜拉桥，横向刚度，成因，温度荷载，收缩徐变IAbstractThesingletowerp

6、restressedconcretecable-stayedbridgebecomesthepreferredchooseinthebridgedesigndependingonitsadvantagesofstabilityandeconomy.However,concretegirdercrackingproblemhasbecomeoutstandingproblemsofhamperingitsdevelopment,andgetstheacademicandengineeringconc

7、ern.Inordertoanalyzethecauseofconcretecable-stayedbridgemainbeamcrack,thepapercompletesthefollowingwork,takingacollaborativesingle-spancable-stayedbridgeforexample.（1）Elaboratedthebeamcracksdistributionofwestside74.5mcollaborateacross,mainspancable-fr

8、eezoneandeastside49.5mcollaborateacross,andpreliminaryanalyzethecausesofcracks.Theanalysisshowthatcollectiontrucksandotherheavyvehiclesload,bearingtensionandcompressionfailure,andinsufficientlateralrigidityof49.5macrossarethemaincauseofcracks.