预应力混凝土连续箱梁的监测和腹板斜裂缝成因分析 - 图文

东南大学硕士学位论文

预应力混凝土连续箱梁的监测和腹板斜裂缝成因分析

姓名：谢发祥申请学位级别：硕士专业：桥梁与隧道工程指导教师：叶见曙

20030301

东南人学硕：Ｌ学位论文摘要本文以对某大桥箱粱进行的裂缝和位移定期监测过程为线索，介绑了预应力倔凝士连续箱粱的定期监测方法，对观测到的裂缝形态和箱梁出现的位移变化趋势做了详细的描述。为了分析监测的箱梁位移变化趋势产生的原因，本文从导热学基本原理出发，用ＡＮＳＹＳ模拟了南京地区箱梁截面上下缘温差随着季节变化的趋势。在此基础上分析了箱粱出现观测到的相对位移变化现象的原因，即箱梁截面温差的不均匀分布和季节性最大温差的变化。在现场观测和计算分析的过程中发现温度（温度变化）对混凝土箱梁的影响是很大的。为了表明温度对箱梁的影响程度，本文结合相关的研究资料，提出了南京地区有铺装混凝土箱梁上下缘温差分布的建议公式。在此基础上进一步分析了温度对预应力混凝土箱梁的影响，并计算了双室箱粱的温差应力，并和现行《公路桥规》规定的温度应力结果进行了比较。计算结果表明，箱梁截面的温差应力相对于混凝土的设计抗拉强度而言是很大的。在本文建议的温度模式下，箱梁的内力是现行规范规定的温度模式下内力的数倍，并且在一些截面上已经超过汽车活载引起的内力数值。以此，本文认为，对箱形截面粱的温差应力一定要进行验算，以避免出现温度裂缝。为了分析大桥右幅箱梁腹扳开裂的原因，本文从箱梁在恒载和附加荷载作用的情况出发，分析计算了箱梁在正常施工和使用阶段的受力情况。结果表明，由于纵向预应力钢筋的作用，在正常设计和正常施工下箱梁不应出现腹板斜裂缝。但是大桥右幅箱粱在施工过程中没有对支架进行预压，而且在观测中也确实发现了箱梁横截面方向的不均匀沉降，为了获得这种扭转发生时箱梁的受力状态，本文采用有限元程序建立了大桥箱梁的空间模型，确定了箱梁扭转的模式，在这个模型的基础上计算箱梁在各种荷载作用下的受力情况，对箱梁腹板产生斜裂缝的原因进行了深入的分析。分析结果发现，箱梁中跨右腹板１ＮＬ处的主拉应力远远超出了箱梁混凝土的设计抗拉强度，是导致箱梁腹板出现斜裂缝的主要原因。最后本文介绍了对大桥进行的静载试验的结果。静载试验证明，本文对该桥的分析研究结果是正确的。关键词：预应力混凝土桥箱形梁连续梁监测斜裂缝ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｉｓＰ印ｃｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅａｎｄｂａｓｉｃｍｅｔｈｏｄｏｆａｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓＢｒｉｄｇｅ，ｗｈｉｃｈｍａｙｂｅｕｓｅｄｉｎｍａｎｙｏｔｈｅｒｓｉｍｉｌａｒｂｒｉｄｇｅｓ，ｆｉｇｕｒｅｓｔｈｅｓｋｅｗｃｒａｃｋｓｉｎｔｈｅｗｅｂｐｌａｔｅｏｆｔｈｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒａｎｄｓｈｏｗｓｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｔｒｅｎｄｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅ．ＴｈｉｓＰａＤｅｒｓｉｍｕｌａｔｅｓｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｉｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｂｖＡＮＳＹＳｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｈｅａｔｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｉｎｏｒｄｅｒｔｏｅｘｐｌａｉｎｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｔｒｅｎｄｆｏｕｎｄ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｒｅｃｅｉｖｅｄ，ｔｈｅｒｅａｓｏｎｏｆｔｈｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｔｒｅｎｄｉＳｆｏｕｎｄｔｏｂｅｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｕｐｐｅｒｐｌａｔｅａｎｄｌｏｗｅｒｐｌａｔｅｏｆｔｈｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒｉｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｅａｓｏＢｓ．Ｉｔｉｓｃｌｅａｒｔｈａｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ（ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｈａｎｇｉｎｇ）ｉｓａｌｌｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｔｏｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒｉｎｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｄｕｒｅａｎｄｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｒｅｆｅｒｅｎｔｅｄｔｈｅｒｅｌａｔｅｄＰａｐｅｒｓ，ｂｒｉｎｇｓｏｕｔｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｆｏｒｔｈｅｃｏｎｃｒｅｔｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒｉｎｔｈｅｄｉｓｔｒｉｃｔａｎｄｄｏｅｓｍｕｃｈｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｃｈａｎｇｉｎｇｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ａｃｏｎｔｒａｃｔｉｏｎｉｓａｐｐｌｉｅｄｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓＰａＤｅｒｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄａｎｄｔｈｅｃｏｄｅ．Ｉｔｉｓｆｏｕｎｄｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｆｏｒｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄｉｓｓｅｖｅｒａｌｔｉｍｅｓｍｏｒｅｔｈａｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｃｏｄｅ‘ａｎｄｅｘｃｅｅｄｓｔｈｅｓｔｒｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｌｉｖｅｊｏａｄｓｉｎｓｏｍｅｓｅｃｔｉｏｎｓ．Ｓｏｔｈｉｓｐａｐｅｒｆｉｇｕｒｅｓｔｈａｔｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｄｏｃｈｅｃｋｉｎｇｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｓｏｆｓｔｒｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｉｎｉｍｉｚｅｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｒａｃｋｓ．ＴｈｉｓＰａＤｅｌ＂ｄｏｅｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｆｉ＇ｏｍ血ｅｒｅｇｕｌａｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓｔａｔｅｔｏｒｅｇｕｌａｒｓｅｒｖｉｃｅｓｔａｔｅｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅｉｎｓｏｍｅｋｅｙｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓａｎｄｇｅｔｓｔｈｅｉｎｔｅｍａｌｆｏｒｃｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｓｔａｔｅｓ．Ｉｔｓｅｅｍｓｔｈａｔｔｈｅｒｅｓｈｏｕｌｄｂｅｎｏｃｒａｃｋｓｉｎｔｈｅｗｅｂｐｌａｔｅｓｂｙｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅｓｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｓｔａｔｅｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｔｈｅｇｒｅａｔｐｒｅｓｔｒｅｓｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｂａｒ．Ｂｕｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｉｇｈｔｂｏｘｇｉｒｄｅｒｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅ，ｔｈｅｐｒｅｌｏａｄｉｎｇｍｃｔｈｏｄｉｓｎｏｔａｐｐｌｉｅｄ。ｗｈｉｃｈｉｓａｋｅｙｓｔｅｐｆｏｒｔｈｅｂｒｉｄｇｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．Ｏｎｔｈｅｏｔｈｅｒｈａｎｄ，ｔｈｅａｓｙｍｍｅｔｒｙｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓａｒｃｆｏｕｎｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ．Ｓｏｉｔｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｃｏｎｓｉｄｅｒｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｉｍｐａｃｔｓｔｏｔｈｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒ．Ｔｈｅｐｌａｎｅｂｅａｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｎｏｔｓｕｉｔｅｄｆｏｒｔｈｅａｎａｌｙｓｅｓｏｆｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｉｍｐａｃｔｓｂｅｃａｕｓｅｏｆｉｔｓｉｎｈｅｒｅｎｔｌｉｍｉｔｓ．ＩｎＯｒｄｅｒｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｏｆｔｈｅｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎｓｏｆｔｈｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒ，ｔｈｅｗｈｏｌｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｂｏｘｇｉｒｄｅｒ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｐｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｂａｒｓ．ｉＳｂｕｉｌｔｂｙＡＮＳＹＳ．ＴｈｅｍｏｄｅｏｆｔｈｅｔｏｒｓｉｏｎｉＳａｓｓｕｍｅｄＳＯａｓｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｕｎｄｅｒａｌｌｋｉｎｄｓｏｆｔｈｅ１０ａｄｓ，ａｎｄｆｉｎｄｔｈｅｐｏｓｓｉｂｌｅｃａｕｓｅｓｏｆｔｈｅｃｒａｃｋｓ．Ｔｈｅｆｉｎｉａｔｒｅｓｕｌｔｓｓｕｇｇｅｓｔｔｈａｔｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｔｌｅｔｅｎｓｉｌｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｏｆ也ｅｓｋｅｗｃｒａｃｋｓｉｎｔｈｅｗｅｂｐｌａｔｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰｒｅｓｔｒｅｓｓｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅＢｒｉｄｇｅＢｏｘ百ｒｄｅｒＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｅａｍＩｎｓｐｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄＳｋｅｗｃｒａｃｋｓ浊ｓｓｉ３≮Ｉ学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，｝仑文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我～同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：主随日期：坐３，２弘关于学位论文使用授权的说明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括刊登）论文的全部或部分内容。论文的公布（包括刊登）授权东南大学研究生院办理。签名：鞠塑：望导师签名：堕垦堡日期：）竺孓三．！ｚ东南大学硕士学位论文１绪论１．１预应力混凝土桥梁的技术和功能要求根据正常使用极限状态对裂缝控制的不同要求，可以将预应力混凝士划分为不同的类型。通常可分为：沿预应力方向没有达到消压状态，即为全预应力混凝士构件：容许混凝土存在不超过设计限值的弯曲拉应力，、但无可见裂缝，即为有限预应力：对混凝士拉应力没有限值，但是裂缝宽度不能够超过规定的限值，即部分预应力。也有将后两者统称为部分预应力，并用Ａ类平¨Ｂ类来区分两种情况。１９８４年，“中国土木工程学会”、“混凝土及预应力混凝士学会”、“部分预应力混凝士委员会”根据我国的工程习惯，对以钢材为配筋的加筋混凝土系列，建议按照预应力度分为全预应力、部分预应力和钢筋混凝土三种，即：全预应力混凝土：五≥１；部分预应力混凝土：０＜五＜ｌ：钢筋混凝土：五＝０；并且按照使用荷载组合作用下将正截面混凝土的应力状态又将部分预应力混凝十分为以下．两类：Ａ类：正截面中混凝土的拉应力不超过表１－Ｉ规定的拉应力限值；Ａ类构件混凝土的拉应力限值表ｌ—ｌ『构件类型受弯构件轴心受拉构件Ｉ拉应力限值０．８Ｒｔ６０．５Ｒｔ６注：置６为混凝土标准抗拉强度。Ｂ类：正截面中混凝土的拉应力超过表１—１中规定的限值，但是裂缝宽度不超过表１－２的限值。桥梁结构裂缝宽度限值表表Ｉ一２环境腐钢丝、钢绞线、ｖ级钢筋冷拉ＩＩ、ＩＩＩ、ＩＶ级钢筋眭期组合蚀条件短期组合Ｉ短期组合ＩＩ短期组合Ｉ短期组合ＩＩ中等（不得消压）Ｏ．１Ｏ．１５Ｏ．２０．２５（不得采用（不得采用Ｂ严重（不得消压）０１Ｏ１Ｂ类构件）类构件）往：对于公路桥梁，跃期组台仅包括结构重量；短期组台Ｉ为计入汽车荷载的组台；短期组台ＩＩ为计入挂车或履带车荷载的组合。对于铁路桥梁，长期组合包括结构重量和其它荷载；短期组台１为计入列车荷载的纽台；短期纽台ＪＪ为计Ａ附加力的组台。根据以上的规定，从桥梁的安全性和耐久性考虑，在结构自重作ｆＩ＿｝ｊ下，公路桥梁全预应力混凝十或者部分预应力泥凝十的Ａ类或Ｂ类构件均不麻出现受力裂缝。在预应力理论山现之前，钢筋混凝十结构在桥梁建殴的舞台上扮演着主要的角色，但是这种体系由＿『其州有的缺陷，使它的跨释始终受到制约，而且在臼重、温度变化利收缩徐变觅３ｎ

束南大学顿士学位论ｘ的作用Ｆ，混凝土结构容易开裂，使桥梁结构的正常使用和耐久性受到影响。实际上，早在１９世纪中期人们就提出过对混凝士施加预廊力的设想，并做出过大量的尝试，然而直到２０世纪２０年代以箭，这些尝试均告失败，究箕强冈主要是材料强度不足，麓燕弱颈应力嚣为溜凝士牧壤绘变熬彭晌囊谤失狳尽，２０世纪２０年代以来，材料技术得到极大的发展，高强度溉凝土午¨预应力钢筋相继出现，分析理论在一些学者的大力研究Ｆ也取得了突破性的进展。１９２０年，法阑：【程师Ｆｒｅｙｓｓｉｎｅｔ提出了混凝土振捣工艺，摁商了混凝土强成；材料工艺轶７０年枝开始采确凑效减求裁等掰型掺加刹截蠢塑蝗混凝±，攒竞了７０年代鲍嫒蛙撬凝±。袭髓潺凝±颈箨工慧（集中搀糕投揽箨车运输）蕊及泵送混凝±工艺。焉预瘟力钢筋静强凄从汗始的５８９ＭＰａ发展到如今的１９００ＭＰａ左右，其表现出的总的发展趋势是简强度（屈服强度、抗拉强度、疲劳强度）、低松弛、耐腐蚀、强粘性。１９２８年，Ｆｒｅｙｓｓｉｎｅｔ与美国工程师Ｄｉｌｌ确定了绦变的影响，在结构中建立了永存预应力斡瑾论：１９３９年，簿蛰入Ｄｉｓｃｈｉｎｇｅｒ发震了混滋主牧缝、撩变静数学分辑方法；弱筝，Ｆｒｅｙｓｓｍｅｔ提出了弗氏锚其（Ｆ式锚具）和张拉体系，该体系成为当时的工业标准之一。１９４０年｜冀蓐，ｊ｛ｊｉ应力技术发展飘加迅猛。继１９３９年法国首创Ｆ式体系和比利时首创Ｍａｇｎｅｌ体系后，在５０年代和６０年代，世界备国学翡提出了不下５０种锚固张拉体系。预应力技术从先张到后张，为太跨弪轿瓣的发展开黪了广‘阀｝｝擘１；蓼暴。在中国，绝大部分的大跨轻辑粱帮采臻预痤力体系。颈应力技术蕊的发震趋势燕提高单京力靛瓣张拉力，像诞锤圈的可靠程帮操作灵活篱馕的张拉体系。总而言之，预应力混凝土发展的三个基本豫素是”Ｊ：（１）抗压强度大于２９ＭＰａ的混凝±：（２）屈服点大予５８９ＭＰａ的预赢力钢筋；（３）建立并织持可靠盼预应力锚嘲张拉钵系。蔺鼯，菝应力混凝土结稳设嚣璎论弱骚究秘发袋瞧嚣益完善，为鞭应力混凝±瘦蠲予±本工程实践提供了科学依据。１。２颈应力混凝土箱粱的裂缝问题近年来，随着现代施工技术的进步，预应力施工技术水平的提高，三向（即纵向、横向、艇向）预应力应俐于箱彤截面，收到了良好的缀济效果，使得稽形截面的应辟ｊ更加广泛。但～些己建成的许多箱粱桥出现了不商程度匏裂缝，这种情况在众多妨太中跨经的预应力混凝七箍梁辑中｝￡较露燕。预应力混凝土籍粱裂缝的穰攒其形态的分类方式很多：从发生的部位可以分为顶扳裂缝、腹板裂缝、底板裂缝；从受力角度可以分为弯曲裂缝、剪切裂缝、扭曲裂缝、断开裂缝、局部应力引起的裂缝；从成因角度可以分为受力裂缝、混凝士收缩裂缝、钢筋锈蚀裂缝、温痰裂缝、支承裂缝、链邂或钱头娥裂缝，等等。篷１－Ｉ给出了一些预应力援凝土授粱常见鲍受力裂缝形式。对于预应力溉凝土粱桥而育，根据裂缝出现的位置，鞍常见的受力裂缝谢腹板斜裂缝、瓣直裂缝、纵向裂缝以及底扳端凝土保护层劈裂等。裂缝发生的原因是多方谢的，设计、施工等菜一方亟胸疏忽都有可能导致裂缝盼产生。对予垂壹裂缝，妇象设诗上实藩兹ｌ耍癌力藏秘不是、疆痣力援失过失或毒曩ｌ予施工马纛，。ｌ：芑粗糙，忽视圭嗥模的时机，都有可能导致霸爨裂缝的产生。混凝士的纵向裂缝可能是由下混凝土在硬化蝴ｆ司产生的戚街是在营运后阑受力而产生的。前者常存神一Ｊ“底扳ｐ缘，主磐魁由于｛昆凝１ｊ硬化期间的渝戍府力引起的，往往有害影响不夫：葱丁磊者产：生的聚弱可麓有强转：一手孛憝出ｒ求爱翔镄秘颈应力，这种裂缝翔聚０二翘范允许的宽琰范陶之出，可旺故为楚ｌｌｉ常麓，…般不需要采戢撩镌．第：秘；ｔ《能熊由丁蕊ｌ趣东南大学硕士学位论文的预应力过于强大。因为构件在承受轴向力的时候，轴向长度因弹性压缩而缩短，而与其垂直方向将因材料的泊松比而产生拉应力。如果正应力的储备过大，就会在其垂直方向产生较大的拉应变，在最薄弱的截面，往往是沿预赢力管道因拉应力过大而出现纵向裂缝，造成锈蚀的威胁要大干垂直裂缝。对于横向温差应力的估计不足，也有可能使箱粱混凝土出现纵向裂缝。对于斜裂缝而言，如果在设计上忽略斜截面强度或者主拉应力的验算，曲线钢束布置不合理或者遗漏了最不利组合的：ｔ：况，都有可能导致产生斜裂缝。在施：［上，模板安装粗糙、支架不预压、不对预应力管道及时进行灌浆都可能使混凝土出现斜裂缝。在国内外的桥例中，常常在使用过程中发现箱梁腹板出现与梁轴线成大约４５度、不同程度的斜裂缝。例如：河南省三门峡黄河公路大桥，该桥建成于１９９３年，仅仅运营了短短的七年，主桥（连续刚构）箱梁很多粱段的腹板就出现了斜裂缝；风陵渡黄河公路大桥，在１９９４年１１月竣１：通车几年后，主桥（连续梁）箱梁梁体在一些部位产生了不同程度的腹板斜裂缝。黄石跃江犬桥（连续刚构）于１９９５年竣工，使用一年后被发现腹板出现斜裂缝，同时跨中下挠明显。这些斜裂缝不仅会削弱桥梁结构的强度和刚度，还会加速钢筋锈蚀。而钢筋锈蚀则会引起体积膨胀，从而使混凝土开裂，破坏混凝土的受力性能，降低材料的耐久性能和桥梁的承载能力，影响桥梁的美观及使用寿命。如果严重时很可能引起交通事故。醚日醚司棚整桥梁结构鹳纵向弯曲裂缝在力筋未能。覆盖”而截面又未经检核处的裂缝，崖扳裂琏写梁的剪应力裂缝温［】浏＿７日躺《蛾三＝｜｛／块Ｉ；Ｈ｛呔～三＝｜ｊ≮蚶豸，三＝｝｜删萋给｜＿｜＝｜ｉ｜＊锚下裂缝蠢温◇强大预应力在结构内引起的裂缝图１．１预应力混凝士箱梁的常见受力裂缝形式‘１】对丁箱粱脱板的结构性开裂问题，除了上面提到的一些实例以外，还可以举一编实例来说明问题。东南大学硕士学位论文（１）工程实例一：某预应力混凝土连续箱梁桥，跨径为３５ｍ＋４５ｍ＋３０ｍ。箱梁截面为单箱双室，采用满堂支架的施工方法。在通车１年后发现箱梁腹板１／４跨和３／４跨出现很多斜裂缝。（２）工程实例二：预应力混凝土连续箱梁桥，跨径为５４．５５ｍ＋８５ｍ＋８５ｍ＋５４．５５ｍ。预应力束采用２４巾８５。采用悬臂施：［法浇筑，桥梁建成后尚未通车即已经开裂。开裂形态为中跨１／４Ｌ部分腹板出现斜向裂缝。（３）工程实例三：该桥为国家和交通部“八五”重点建设项目，主桥为三向预应力混凝士连续刚构桥。跨径为１６２．５ｍ＋３×２４５ｍ＋１６２．５ｍ，单箱单室截面。该桥在１９９６年通车，不久即开裂，开裂形态类似于（１）和（２），为腹板斜向裂缝。（４）工程实例四：预应力混凝土连续箱梁桥，主桥跨径５０ｍ＋５×９０ｍ＋５０ｍ，该桥在悬臂施工阶段即出现腹板斜裂缝。实际上，箱粱腹板开裂的现象在近年来的工程建设中远不【ｒ以上所举的几例，文献【７１列举了更多的实例。腹板斜裂缝不仅会削弱箱梁结构的抗剪强度和刚度，还会加速普通钢筋锈蚀。而钢筋锈蚀则会引起体积膨胀，从而使混凝土开裂，进一步破坏混凝士的受力性能，降低材料的耐久性能和桥梁的承载能力，影响桥梁的美观及使用寿命，严重时可能引起交通事故。很多桥梁经过平面杆系程序计算，其结果均显示全桥箱梁截面有较大的压应力，甚至没有计算拉应力存在，但是实际建成后常出现很多的斜裂缝，有的甚至倒塌【８】。几乎可以肯定的一个事实是：所用的预应力混凝土箱粱腹板的斜裂缝均是由腹板主拉应力或者剪应力导致的，但现有的平面杆系计算程序（计算方法）均很难反映这一受力特性。为此，对于大跨径预应力混凝土连续箱梁来说，进行空间分析是非常必要的。１．３国内外对箱梁腹板开裂的研究概况尽管腹板斜裂缝的问题早在１９５８年第三届国际预应力混凝土会议上就被提出，而且人们对于工字粱和Ｔ形梁的斜裂缝间题作了大量研究，并取得了一定的成就；但对于预应力混凝土箱梁的斜裂缝问题，研究得较少，直至今日，还没有形成共识。箱梁腹板斜裂缝是预应力混凝土箱梁桥中出现较多的一种裂缝，往往出现在剪应力较大的支座到工／４跨附近，常与梁轴线成２５。～５０。角，并随着时间的推移，裂缝数目也会增加，并逐渐向跨中方向发展。国内外很多学者对预应力混凝土箱梁的裂缝问题和混凝土的抗剪进行了广泛的研究和试验‘２７懈１【２９瑚纠】，但是到目前为止尚未形成统一的意见。一个明显的问题是，在不同的规范要求中对预应力混凝土的抗剪问题都存在不同的意见甚至是严重的分歧。在美国混凝士协会（ＡＣＩ）和美国各州公路运输工作者协会的规范，与国际预应力混凝土协会一欧洲混凝土胁会（ＦＩＰ－－ＣＥＢ）以及其他欧洲规范都存在着很多的差异。目前，对抗剪设计还没有达成完全一致的意见。许多国家在进行钢筋混凝士和预应力混凝士构件抗剪设计的时候，一般实际做法是使混凝士承担部分剪力，而使箍筋承担其余的剪力。法国的规范（如ＣＣＢＡ）规定，混凝土不承受任何剪力，所有剪力均由横向钢筋承担；而ＦＩＰ－－ＣＥＢ规范规定，相当部分的剪力由混凝十承担；ＡＣＩ规范规定，大部分剪力由混凝土承担，从而节省箍筋的用餐。法国科学家对只有普通钢筋和有预应力钢筋的混凝十构件进行了大量的试验。钢筋混凝一ｒＩ刑粱的静载试验结果表明，将混凝Ｌ考虑为承剪的组成部分是ＪＥ确的。但是，相同的梁往动力试验的情况Ｆ表现出的性能！Ｉ！ＩＪ完全不同。按照最人静载的１／３羊¨２／３中间值加上一百７ｊ玖的循环荷载，然后在对该梁进行静力试验．育到破坏为ｌｈ试蛉结果表明，Ａ出现裂缝ｊ＿ｉ百．由Ｊ。构什蕈木处ｒ弹性阶段，榆筋内的应力ｆ引氐。＂１足ｍ加Ｊ０００００玖之前．架就ⅢＪｍ东囊大学颈士学位论文了裂缝花纹。在试验过程中ｔ裂缝越来越明显，斜裂缝宽度不断增加，在动力试验结束时，裂缝宽度达１．５ｍｍ。虽然，此梁经过动载试验后的最大静力承载能力基本上与只做静力荷载试验靛其它梁相闽，可是大部分糍籀的颤裂可能袋生在６０００００次镬环左右。这秘试验表明，戳静力薪载设谤羧菝镪簸戆淫嚣ｌ方法一菇滢凝Ｉ：承受大部分势力，在薮板克许襞缝发溪麓倍｝咒Ｆ，就不可能保证实际结构的安全性”“。由于国内预Ｊ窭ｉ力混凝士箱粱的广泛采＿ｆ：Ｉｊ，预廊力箱梁腹扳开裂的现象越来越常见，国内的缎多学者和工穰师总结了很多箱梁腹板出现斜裂缝的原阏，例如，温度变化、混凝十水化热、冬季麓工接攮不当、漫凝主浚缝徐交、潺凝土拣强、基硪交影、钢麓锈渡、麓工薅避蒺爨低劣、施：［工蕊不符台规范等簿众多的漂霹都可能引起裂缝。但是由于腹投籀裂缝出现的服因常常是多种因索综合的结果，而且不同的桥梁可能导致的原因是不一样的旗至对于同一种桥梁的不同箱絷导致的主要原因也是不一样的，因此对于箱粱腹板斜裂缝的分析十分困娥。１．４本文的研究内容ｌ。霹．１本文的磷突背景本文依托于巢预应力混凝土造续箱粱桥的娥测与分析］：作，着蓬研究箱粱的定期监测实施方法、温瘦对连续筘粱的影响以及箱粱的平磁与空间分析以及导致箱粱腹援出现斜裂缝的缀瓣。１．４．２本文的研究内容零交要宠藏貔磷究懿下：犬中跨径预魔力混凝±箱梁的检测方法和蜜施方法，以便准确的反映箱梁缩构目前的结构状态：建立箱梁模型。井用于分析籀粱的空间受力特性；穆舍理豹麓粱瀚湛疫撵瘦模式寝焉予实际的工程绩擒的嚣撼分辑；对箱粱出现的辅转效应避行模ｊ羔｛，确定合理的扭转模式，｝｝葬由于箱梁藏藤扭转而导致的箱梁附加内力以及在扭转发生的情况下箱梁的箍体内力和主干立应力情况。１．４。３本文的技术愚路尽管箱梁裂缝出现的形式多种多样，但几乎都与箱粱裂缝处的主拉应力和箱桀的腹板剪力密切相关，因此本文在研究预成力混凝土箱粱架桥腹板开裂的问题时，重点将放在箱梁腹扳熬主拉应力秽夔巍力上；针对工程实际中出现的颈应力籀粱藏板开裂的闻题，服轿鬃处在昀不同的欹态，逐一送行分析，找山导致箱梁腹板开裂煅可能的原因｛本文的研究羹点在于箱形粱桥的腹板土拉庞力和剪应力，故必须充分的考虑糟梁的扭转车｛¨嘶变体埘。为了达到这个目的，需要删空间有靛元程序对箱凝进行空间受力分辑，以确定稳粱截嚣开裘鹣妻篮澎响琢ｌ素。东南大学硕士学位论文２预应力混凝土连续箱梁的定期检测方法２．１研究工程背景介绍某预应力混凝土连续梁桥，为３０ｍ＋４５ｍ＋３０ｍ的３孔变截面预应力混凝土连续箱梁桥，斜桥正做，上、下行错开。主墩采用圆柱Ｙ形实体墩，基础为钻孔灌注桩。桥梁立面布置如图２－１所示。百图２－１大桥立面布置图（单位：厘米）大桥设计荷载为汽车一超２０级，挂车一１２０。预应力混凝土连续箱粱为单箱双室截面，支座截面高度２．５０ｍ，中跨跨中截面高度为１．３０ｍ。箱梁梁体采用５０号混凝土浇筑。典型截面如图２－２所示。支主黄ｉ中辟蚌中藏面图２－２大桥典型截面图（单位：厘米）箱粱施工采用满堂支架现浇混凝土的施工工艺。全桥７－－１９９８年４月完成主体１程，同年９月全桥通车。１９９９年３月发现大桥右幅预廊力混凝十箱梁４５ｍ跨跨中区段有向ｒ变形、桥面下凹的现象。使用桥梁检测乍检测发现该桥右幅箱梁在中跨（４５米跨）１／４Ｌ及３／４Ｌ附近的腹板上有约鼍４５度角的混凝十斜裂缝、底板表面有较多不规则的纵桥向裂缝，引起了有关部门的重视。为了判别人桥箱梁目前的结构状态羽Ｉ已有缺陷的发展，同刚分析产生的原冈，在箱梁的外观检赍的基础上对其进行了为期近１年的定期检测。讯Ｓ

东南大学硕士学位论文２．２预应力混凝土箱梁的定期检测方法对已建桥梁进行定期检测仍然是目前发展中的技术。对于大跨径或者特大跨径的桥梁，通常在建设期间就安装桥梁健康检测系统，以便在其营运期间对大桥进行实时的检查，确保桥梁结构的安全。而对于大量的大中型桥梁，不可能对每一座桥安装健康检测系统，而且有很多已建的桥梁已经出现缺陷，此时需要对这些桥梁进行定｝ｌ｜ｊ的监测，以确定其现在的健康状态。《大跨径混凝土桥梁试验方法》指出，妖期观测的目的在于掌握桥梁在运营荷载、混凝土收缩徐变、墩台基础变位、温度变化、大气或者环境条件的侵蚀、风载、地震和其它冲击荷载作用下结构性能和承载力的变化，以便及时发现桥梁病害，采取确保运营安全的措施，并为改进桥梁设计、施工、养护和预测桥梁耐久性提供科学依据。对桥梁进行长期观测的内容包括：（１）桥梁外观的检查：检查混凝土有无风化、剥落、破损平Ｉ＿Ｉ裂缝：对宽度超过容许宽度的裂缝应该进行重点观测；对混凝土剥落或者裂缝处，应注意检查钢筋的锈蚀情况。（２）桥梁几何尺寸的检查：量测桥梁上部结构轴线和尺寸的变化，以及伸缩缝开展度的变化。（３）桥梁支座的检查。（４）桥梁控制截面和有缺陷截面的变位（垂直和水平）和应变。（５）墩台、基础和接头部分的位移和转角。（６）记录温度（气温和结构温度）、湿度、风载参数（风速风向、风压等）、冰层厚度和水文资料。在氏期观测中必须注意的问题有：（１）量测的位移基准点必须牢固，并有可靠防护。（２）变位和应力的量测须考虑将各种因素影响从总值中分离出来的方法。（３）欧期观测宜采用长期稳定性好、抗干扰性强、灵敏度高、结构牢固、封闭性好的仪器。（４）长期观测工作（包括定时检测和量测系统的检查维护工作），每隔１～３个月进行一次。（５）当通过前一阶段的观测发现结构性能有意外的变化时，可以适当修改观测计划，补充新的测点。发现结构出现不正常情况的预兆时，应该及时报告主管部门采取相应的技术措施。２．３箱梁的现场外观检查结合《大跨径混凝土桥梁的试验方法》的相关规定，大桥箱梁的外观检查的主要目的在于检查箱粱表面的基本情况，详细调查各种已有外观缺陷（如裂缝、混凝士剥离、钢筋锈蚀等）的位置、现状和箱梁变形的实际情况，初步了解箱粱目前的状态。根据有关的交通部规范ｐ”和该大桥的具体情况，进行的箱粱的外观检查主要包括对箱梁的裂缝、箱粱支座情况和现场混凝十强度的检测以及桥面水准（高程）测量，为定｝仆Ｊ监测ｒ作提供首次技术“指纹”。东南大学硕十学位论文２．３．１箱梁混凝土裂缝检查在对大桥右幅箱梁的检查中发现，边跨距２７号墩约４２ｍ处的箱梁底板表面有纵桥向干涸的白色水泥迹和褐色的铁锈迹，如图２．３所示。这种情况是由于箱梁内水渗流到底板后，导致箱梁底板裂缝处的绑扎钢筋锈蚀的缘故。右幅箱粱的裂缝主要由箱梁腹板的斜裂缝、箱梁底板上方约３０ｃｍ左右的纵向裂缝和底板在腹板斜裂缝对应位置处的不规则纵向裂缝组成。右幅箱梁主要的斜裂缝基本上集中在中跨的右腹板。在箱梁右腹板跨中Ｉ／４Ｌ区域左右有大约８条主要斜裂缝，分布较规则、间距不大，与箱粱的顶板线成大约４５度角，向支座方向延伸；在跨中３／４Ｌ区域处也有相应的斜裂缝，形态与前述斜裂缝相似，但是数目较少。斜裂缝由箱梁底板附近位置斜向延伸至箱梁翼板下，主要斜裂缝的具体位置参见图２．４。对左幅箱梁的外观检查结果表明，左幅箱梁表面没有明显的裂缝，箱梁外观检查结聚如图２－５。腹扳斜裂缝是非常明显的受力裂缝，不仅仅影响外观，给人以不安全的感觉而且影响箱梁的受力和耐久性。为了突出重点，检测选择了右幅箱梁腹板上的１０条主要斜裂缝进行了连续观测。图２－３箱粱部分底板的锈蚀表２－１为首次现场检查得到的主要斜裂缝的长度与宽度。右幅箱梁腹板主要斜裂缝情况裂缝编号Ｌ１，Ｌ２３’Ｌ３’Ｌ１Ｌ２Ｌ２３Ｌ３Ｌ４Ｌ５【．６表２－１大约的角度（。）４５裂缝宽度（ｒｎｍ）０．２１０．２１Ｏ．１７０２６Ｏ．３Ｏ．２４０－２９Ｏ．１６Ｏ２９Ｏ２裂缝长度（ｃｍ）１９２１８４１４９１８５１７５１３６１１８７０１１２４５４５４５４５４５４５４５４５４５１６４东南大学硕士学位论文—————————————————————————————＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿’—＿＾＿＿＿＿＿＿－———————＿＿＿＿－＿＿＿－－＿＿＿——————＿—＿＿＿－＿－＿＿－－＿一ｉ＿斗．喜！善＿斗．亳Ｓ＿廖］随嚣１厂∥固１幡删面擗秣ｔＮ日鞘ｆｌ负。帕蜒辈－悼东南大学顺＝Ｌ学位论卫鼍＊＿＿她１２儿掣咪蹦颦‰￥颦＿Ⅲ女＃￥Ⅻ＃一：蕞影Ｈ一Ⅲ＿ｌ艟ｌ话剁虿擗犟悄∽一Ｎ日一：姜Ｎ：＊＃富９乜土聃巡东南大学硕士学位论文２．３．２支座状态检查支座是影响火桥受力的一个重要因素，对支座情况进行检裔以确定支座目前的工作状态，也是很重要的。大桥的支座情况如图２－６所示。ｌ。过剿咝兰盟ｊ过幽幽塑幽删ｊ塑幽！乙ｊＡ，＼＼人ｌ。；∑丛妻坐塑±塑揪＊入／ｊⅫ幽燃ｉ型。图２－６支座情况示意图支座被混凝土包围可能影响箱梁在纵向的自由伸缩，改变箱梁的受力模式。２．３．３混凝土回弹测试混凝土强度是影响桥梁结构变形的重要影响因素。因此对箱梁混凝土进行强度检验是十分必要的。对大桥箱梁混凝土进行的强度测试是采用回弹法进行的。在箱粱腹板上各取１０处测区，每个测区１６个测点进行测试。表２．２是大桥右幅中跨箱梁的混凝土回弹测试结果。表中混凝士的推算强度是按照《回弹法检测混凝土抗压强度技术规程》（ＪＧＪ／Ｔ２３—２００１）标准中的附录Ａ进行换算得到混凝土强度推算值。在幅大桥箱梁回弹测试结果测点区测区回弹平均值推算强度（ＭＰａ）１２３４５６７８表２－２９１０５６．４５７．５５８．２５８．９５５．７５５．９５４．２５４．４５１．９５１＞６０＞６０＞６０＞６０＞６０＞６０＞６０＞６０＞６０＞６０测试结果表明，大桥的混凝土强度符合设计要求，达到了Ｃ５０混凝土的强度标准。２．３．４箱梁水准、水平位移和应变测点布置１）桥面水准测点布置对火桥箱粱竖向变形的监测是采用在桥面上设置测点，利ＩＬ｝ｊ精密水准仪定期测世测点高科的疗法进行的。这种方法比较适合中小跨径的桥梁，方便快捷。人桥箱梁桥面水准洲点布置如Ｉ剖２－７所示。鹕Ｊ３咖

东南大学硕上学位论文ｄ＋１２３４５｛６７Ｂ９１０１１２１３６’｛‘’’‘‘‘‘‘ｄｉ！：：：ｉ！：三：：：Ｌ＿』！壁１‘百｛ｆ６１１ｓ‘７，８‘９ｌ＼粗；』：：！：ｉ！；：；三：；：！：：！ｌ２４枞２５；｝Ｉ２６＃ｔ２７牲图２．７箱梁桥面水准测点布置图如图２．７所示，在大桥左、右幅箱梁的对应位置均布置了水准测点，以便可以直观的比较左、右幅箱梁的变形情况。左右幅箱梁的４５米跨桥面横向共布置有４排测点，除ａ和一（箱梁外防撞护栏边）外，编号为ｂ、ｃ的测点设在箱梁腹板位置的上方桥面，而３０米边跨仅设了编号ａ或ａ?、ｄ或ｄ’测点，这样做的主要目的是为了对４５米跨的变形进行详细的观测，两组测量值也可以对４５米跨箱粱的变形的观测结果互相校核。２）水平位移测点为了检查桥梁水平方向的位移情况，检测中设置了伸缩缝处水平位移测点。具体位置是两幅桥左右两侧桥头防撞护栏伸缩缝处，其中左幅桥设置了８个测点，右幅桥设置了１０个测点，以观测伸缩缝缝宽的相对变化，即桥梁的水平变形情况。图２－８为设置的水平测点及其布置位置示意图。木平位善薯直布ｌ目ＪＦ二～～～～图２．８水平测点及其布置位置示意图３）应变测点的设置在对人矫㈨ｏ州试一ｈｌ尘铂：左ｆ，『『幅箱粱ｆｎ跨中侮诺１吐嚣了』ｊｊ变汁．雨，肖如幽２－９所ｉ、。由东南大学硕七学位论文于受到桥下净空的影响，设置更多的应变计有困难，所以当时只设了两个应变计。对于其它的桥梁，在条件许可的情况Ｆ，应该不同的位置设更多的应变片，以监测桥梁的应力（变化）情况。Ｆ——孥—＝＝＿Ｉ厂————］厂一｝二二互二二≈左幅右幅“＼甜应变计箱梁中心线桥粱中心线图２－９箱粱应变计的设置箱梁中心线２．３．５桥面（箱梁）的水准测量站在桥面上看右幅大桥，中跨跨中部位有比较明显的下挠现象，而边跨微微上凸（如图２－１０）。左幅大桥的桥面基本成为一直线（设计要求为直线）。桥面水准的测试结果，圈２一１１和图２．１２，也明显的证实了这种情况，同时也可以看到左右幅箱梁线形的差异。图２—１０右幅箱梁中跨下挠东南火学硕士学位论文１７０Ｉ６８Ｉ６６掣ｌ６４惺ｌ６２哐ｌ６Ｏ掣１５．８＊１５．６ｌ５４ｌ５２ｌ５００２０４０６０８０１００Ｉ２０纵桥向坐标图２－１１右幅桥面水准点测量高程ｌ７Ｏ１６８１６６６４群１惺１６２蜓ｌ６０掣１５８＊１５６ｌ５４１５?２ｌ５。ｏ２０纵４０梅向６坠标８０１００１２０图２．１２左幅桥面水准点测量高程表２－３和表２．４表示的是大桥右幅和左幅的水准点高程的数值。右幅桥面水准点测量商程表２－３坐标Ａ点位高程Ｄ点位高程Ａ’点位高程Ｄ’点位高程０ａ１１６．３６８６ｄｌ１６．１３４２ａ’１１６．３７５４ｄ１１６．１２３８７５ａ２１６３６５５ｄ２１６．１２９５ａ．２１６．３５２７ｄ’２１６．０９２ｌ１５ａ３１６３３６ｌｄ３１６．０９７９ａ’３１６．３１７３ｄ’３１６０５７３２２．５ａ４１６２５４０ｄ４１６０３８６ａ’４１６２４６５ｄ’４１６．００７９３０ａ５１６．１５８９ｄ５１５９３９１ａ’５１６．１７２９ｄ５１５．９６２０４ｌ２５ａ６１６．０１８９ｄ６１５８０３４ａ’６１６．０６０９ｄ’６１５８５４１５２．５ａ７１５．９０６２ｄ７１５６８５６ａ’７１５．９９３６ｄ’７１５，７６２２６３７５ａ８１５．８４０４ｄ８１５６２８３ａ’８１５９１９０ｃｒ８１５．６７５３７５ａ９ｌ５８１２４ｄ９１５６０６１ａ’９１５８４８１ｄ’９１５６３４７私１『ｌⅥ东南大学硕士学位论文续表２－３８２．５９０９７．５１０５ａｌＯａ１１ａ１２ａ１３１５．７９４７１５．７４７９１５．６６１９１５５９８５ｄｌＯｄ１１１５．５９４６１５．５４２７１５．４６７９ａ＇ｌＯａ’１１１５．７９９５１５．７４９６ｄ１０ｄ１１１ｄ’１２ｄ’１３１５．５８７９１５５４１７ｄ１２ｄ１３ａ’１２ａ’１３１５．６８９５１５．６２１４１５．４６２３１５．３９６７１５．３９６７左幅桥面水准点测量高程坐标Ｏ７．５１５表２—４Ａ点位ａ１ａ２ａ３ａ４ａ５ａ６ａ７高程１６．３６８２１６３６６０１６３３４９Ｄ点位ｄｌｄ２ｄ３高程１６．１３５１１６．１２６９１６．０９４５１６．０３４８１５．９３５４Ａ１点位ａ１１高程１６．３７５８１６３５３３１６．３１７９Ｄ’点位ｄ．１ｄ．２ｄ’３ｄ’４高程１６．１２４３１６．０９３４１６．０５７９１６００８０１５．９６１５１５．８５３３０２ａ＇３ａ’４ａ’５ａ’６２２．５３０４１＿２５５２．５６３．７５１６．２５１７１６．１５７７１６．０１８９ｄ４ｄ５ｄ６１６．２４６８１６．１７２４１６．０６０３１５．９９４６１５．９１７９１５．８４８６１５．８００５１５．７５１０１５．６９０６１５６２１８ｄ１５ｄ６ｄ．７ｄ’８１５．７９８９１５．６８３２１５．６２５４１５．６０２７１５９０７５１５．８３９７１５．８０９７１５．７９１５１５．７４４５ｄ７ｄ８ａ’７ａ’８ａ’９ａ’ｌＯａ’１１１５．７６２９１５．６７３４１５．６３３７１５．５８６７１５．５４１５ａ８ａ９ａｌＯａ１１ａ１２ａ１３７５８２．５９０ｄ９ｄ１０ｄ¨ｄ１２ｄ１３ｄ’９ｄｒｌ０ｄ’１１ｄ１２ｄ．１３１５．５９０７１５．５３９５９７．５１０５１５．６６２５１５．６０００１５．４６６２１５．３９４６ａ’１２ａ’１３１５．４６２７１５．３９７７２．４箱梁定期监测结果根据《大跨径混凝土桥梁试验方法》和相关的规范的要求，结合大桥目前的情况和特点，对大桥进行的定期检测主要内容包括箱粱竖向变形检测和水平变形、箱梁应变观测以及裂缝观测。２．４．１箱梁裂缝监测结果表２－５表示的是定期监测中在右幅箱梁选定的１０条主要斜裂缝的｝乏度和宽度变化情况的监洲结果。东南大学硕二Ｅ学位论文裂缝长度和宽度汇总表表２－５裂缝第一次第二次第三次第四次编号㈣）宽度长度宽度长度宽度长度宽度长度（Ｃｒｌｌ）（ｍｍ）（ｃｍ）（ｍｍ）（ｃｍ）（ｍｍ）（ｃｍ）Ｌｌ’Ｏ．２ｌ１９２Ｏ．２ｌ１９０Ｏ．２３１９００２３１９０Ｌ２３’Ｏ２１１８４Ｏ．２２１８７０．２４１８８Ｏ２３１８９Ｌ３’Ｏ．１７１４９０．１８１４８０２ｌ１５１０．２２１５１Ｌ１０．２６１８５０．２１１８５Ｏ．２６１８５Ｏ，２５１８４Ｌ２Ｏ．３１７５Ｏ＿３２１７８０４０１７６０．４０１７７Ｌ２３Ｏ．２４１３６Ｏ２６１３５Ｏ．３６１３３Ｏ．３３１３３Ｌ３Ｏ２９１１８０．３６１１５０４０１１７０３６１１５Ｌ４０．１６７００．２１７ｌＯ．１５７２Ｏ．１９７２５Ｌ５０．２９１１２Ｏ．２８１１３Ｏ．３２１１０Ｏ－３０１１１３Ｌ６０．２１６４Ｏ．２２１６４Ｏ．２２１６２Ｏ．２３１６２．５从表２－５可以看出．除了裂缝Ｌ３和Ｌ２在第二次和第三次观测中的宽度有比较明显的增加以外，其余斜裂缝的宽度和长度处于比较稳定的状态，裂缝的宽度和长度没有明显的发展。２．４．２箱梁混凝土应变监测结果表２－６表示的左右幅箱梁的应变测试值，其中应变值负号表示受压，正号表示受拉。应变测量值（×ｌｆｆ６）表２－６幅巡１７６１６４（左幅）差值（右幅＞差值Ｉ９２６—９２７—４６４—１１６５５—１６５—２２４８１０２２—６２９—１３９０．２—３６．４—７６４１１１０一９７５—１４６６．６—４．７—１１８５１１２６—１０２．２—１３４８９—６６—１５５３１２３０一１０８８—１５Ｃ４２—６１—２６．８１２２—１０２７—１５３１Ｏ虽然右幅箱梁的应变测量值的数值很人，不符合实际情况，但是前后两次观测值的差值表现出的趋势在左右幅箱梁都是一致的，即表现为箱梁底扳受月ｉ，表明箱粱有向上挠曲的趋势。

东南大学硕士学位论文２．４．３水平位移监测结果表２．７为水平测点的相对变形值列表，其中△１表示２００２年１月２２日与２００１年１２月３０日的水平相对变形差值，△２表示２００２年４月１３日与２００２年１月２２日的水平相对变形差值。水平位移表（ｍｍ）表２．７左幅大桥右幅大桥内坝４１月２２日４月１３日６月１９日内侧１月２２日４月１３日６月１９日编号△ｌ△２△３编号Ａ１△２△３左内１３．９．１４．６右内１４．９６．１７．１３左内２右内２４２２一１６．５．１２５左内１’５．９９．２１．５－８右内１’６７一１７．６．１ｌ左内２’５．８３．２１．５．８右内２１５．７８．１７．６．１１外侧１月２２日４月１３日６月１９日外侧１月２２日４月１３日６月１９日编号Ａ１△２△３编号△１Ａ２△３左外１４．６７．１３．５．５右外１３．７７—１５．５．１３左外２右外２３．１，１６．１２．５左外１’７．６３．２１—７右外１ｔ７．１．１９一１１左外２’７．３４—２０．５—７右外２’６．４４．１９—１０从表２．７中可以看出。左右幅箱梁各自内外侧变形比较一致，而且左幅箱梁的水平变形与右幅箱粱也比较一致。２．４．４大桥的变形测试结果由于大桥建成已经有３年多的时间，箱梁在恒载作用下的变形已经在施工阶段及营运阶段完成，因而箱粱竖向变形的监测值主要反映的是在目前的交通流量与交通组成作用的情况下，箱梁竖向变形的变化趋势。图２．１３和图２．１４分别表示左、右幅箱梁在第二次检测中得到的纵桥向各个测点竖向高秽与第一次检测得到的纵桥向各个测点竖向高程的差值。图２．１５和图２—１６分别表示左、右幅箱梁在第三次检测中得到的纵桥向各个测点竖向高程与第一次检测得到的纵桥向各个测点竖向高程的差值。第Ｊ９ｍ东南大学硕士学位论文籀２０呱５４３亩２曼ｔ密坦０Ｅ一１ｇ一２—３Ｏ２０４Ｏ６０８０１００ｌ２０纵桥向坐标图２．１３右幅箱梁纵向内外侧垂直相对变形（第二次）３（／Ｌ’（ｄ’２童’静０犁足‘１《’２．３Ｏ２０柏６０Ｂ０１００１２０纵桥向坐标图２．１４左幅箱粱纵向内外侧垂直相对变形图（第二次）＿冒曼坦碘制絮０２０ｄ０６０８０１００１２０蚍桥向坐标（ｍ】图２－１５右幅箱梁纵向｝』＝｜外侧母直相对变形（第三次）东鬻犬学硬士学证论文ｉ２一≤一蠛蚺州１０２０｛§６８Ｓ０毂桥向搬标ｆｍ）图２．１６友幅箱梁纵向内外侧垂直相对变形（第三次）敞图２－１３～２．１６可以看出，在检测的过瑕中，左右幅箱裂变形始终表现出这种基本趋势；帮与第一次溅试静簇粱交形榻毙，中跨耱粱瓣稳对变形翔上，纛速跨栏对褒形羹本囱下。由于右幅箱梁的麟板出现了耩裂缝，箱梁的刚艨眈较小，因此位移的变纯右幅蘩大于左幅裙梁。这个情况‘夜以后的测试过程中一直存在。由定期监测的结果看，大桥左右幅箱梁的水平位移变化以及混凝土应变淡化的趋势相避，圈粒疆辐耱粱均出现了霉２．ｉ３～２—１６掰黎靛位移变纯趋势，嚣且左辐辕粱没有菝坂斜裂缝，两右幅赣辩有驻擞斜裂缝，霞蔬，可戬稠步确定懿跫这种变证产生豹琢嚣不在予藏投斜裂缝的存在，而是由于另外一种共同的因素婚致的。鞘２ｆ姐表辩天学硬士学位论文———————————＿———－—●———＿－—●－ｗＨ＿＿Ｍ＿＿＿＿＿＿’————＿＿＿＿＿－－＿——－————＿＿ＨⅥ—＿—Ｈ＿＿———————ｗｈ一———————————～３箱粱挠度变形定期监测结果的分析在大桥检测定期监测的结暴中可以看到，庭右螨籍粱的檑对变形具有相似的规律：与第一次测试的变形相比，中跨箱梁的相对变形向上，而边跨相对变形向下。人桥建成已经有三年多舟々时间，混凝土收缩徐变的影响已经基本完成。箱梁变形ｆ｝勺定瑚益测是采翊精密水准仪测餐，在溺试避疆中波套车辆黪戴导臻籀粱蕊不跨变形。定期监测基率上是阈隔卜一２个月进行一次，监测时间跨越了该桥所楚她隧近｛年静对间ａ在实际测量中，由于测量的时间一般在上午９点左右，这时箱梁不仅受攀节温度变化的作阁，还受一定的目照而导致的温差作用，因而在箱粱的相对变形测试值中就宙有温度变形鹳终胡。为了获簿麓粱躲实际燮澎，裁需要在潮蹙氇中藏去激发变纯的变形。蹦戴本文对此避好了礤究。本章从导热举的基本原理出发，利用有限冗程序模拟箱粱截面温差随蒋攀节变化的规律，进而探讨大桥箱梁产生这种变形趋势的原因以及温度、温艘梯度对连续槠巢受力的影响。３．－ｌ导热酶基本撬念襁导热徽分方程３．１．１温度场某瞬时物体内部各点的温廉分布或温度的蕊私，称为该物体的温度场，黧数学表达式可写作㈣【３２】：＜３一１）式中ｔ表示时间。不随辩溺谣变的温度场，称为稳定温度场。茈时，褥体内的温度分毒仅为空间坐标的函数，即：Ｔ＝ｆ（ｘ，Ｙ，ｚ）（３－２）反之ｔ藏辩瓣嚣交靛瀑疫场舞霉穗态溢度场。在≤｝穗态滠发殇中发生懿蛩热稼为｛｝稳态母热。根据热撬平衡原理，温度升高所吸收的热鬣必须等于外丽流入的净热量与混凝士内部承印瓦０７＂矗蚴邓謦＋窘＋》捌蚴Ｄｆ出’珊１出一（３．３）化简后得熟传导方释如Ｆ：＿ＯＴ吲窑＋窑＋窑》十旦—●一慧癌｛——＝＿＋——≯十——●，十一（３．４）８；礴’◇’ｅｚ‘ｅ｛。３．１，２热传导方程化产生的热量乏并ｌ】，’即表麟走擎磉±学垃论文由于水化热作用，在绝热条件下混凝土的温度上升速度为：塑：望：堕（３．５）宅｛ｃｏｃｐ护——混凝土的绝热温升，℃∥——水泥＿ｌ＿｝４量，ｋ∥ｃｍａｇ——单位煎鼙水泥在单位时间内放出的水化热，ｋＪ＆ｇ．ｈ热簧导方程霹漩改写为：一ＯＴ：“ｆ罂＋窭十磐）＋丝（３－６）瓦刈【丽＋可十万）＋而对予援梁结襁，要勰这个三绻不稳定导热方稷是ｌ｝棠困难的。通过丈量的震测资料麴分耩袭嚼，沿辑粱致发方商鳃溢度分布基本—￡是～敦的｛…。鑫就，在不考遗辍瓣混凝±承讫热的情况下，公式（３－６）可以倘化为一个二维热传导问题，即：翌。州．＿ｃ４２Ｔ＋马瓦。烈丽＋萨）（＂）‘知”３．１．３初始条件和边界条件熬传导方程建立了穆俸静添泼与薅阈、空溺耱关系，毽是满定热簧导方箨羽瓣有无隈多个，要求得确定的解就必须知道方程的初始条件和边界条件。初始条件是襁初始时刻混凝士内部的温度分布规律。一般材两种情况，一种是，当ｆ＝０时，温度场是坐掠的已知函数；ｚ弘，Ｙ，∞＝嚣０，ｙ）（３，８）另～种情况媳，当ｔ＝Ｏ时，榭始的温度分布是常数，即：ｒ妇，Ｙ，ｏ）＝瓦＝常数（３－９）逑赛条俸是援凝±袭瑟与劂潮奔震（螽空气菠承）之闻瀑发稽笪俸嗣的瓣律。迭赛条件通常有四种。（１）第一擞边界条件混凝土表丽游度Ｔ是时间的融知茁数，即ｆ（力＝，（ｆ）（３一１０）（２）第二类边界条件混凝土表面的热流量是时间的岂知函数，即一量罂：，（ｆ）（３－１１）ａｌ式中ｎ为袭面外法线方向。糟詈：ｏ表明寝面是绝热的。ｄｎ１３）第三类边界条卅：肖灌凝一ｔ与空气缓麓踱，经过涟凝一｛：表蠢的热流譬与滗凝卡裘萄漏度Ｔ嚣｝夫气灞麈￡第２３帆

客巍大学碟蔓，学位论文之蒺成正比，即～＿娶：，ａ（Ｊｒ一瓦）翻（３’１２）式串∥一表露放热系数，ＫＪ／（ｍ２ｈ℃）；当表面放热系数∥趋下无限时，Ｔ＝ｔ，即转化为第’一类边界条件。当袭阿放热系数∥鼻Ｔ一０辩，一ｒＪ，ｌ。；０，叉转绝荛鳃热拳锾：。孤第三类边界絷件表示的是闯体与流体（如空气）接触时的传热条件。（４）第四类边界条件当嚣静不嗣的固体接越时，如果接触嶷好，剡在接触露上濑庋和热流量都怒连续的，边嚣条件魏下：正：正，＾婴：五要（３＿１３）ｕｎｕＨ盎玎粟硬种不黼灼圊体间接触不良，则温度鼹不连续的，孔≠Ｔ２，这时露臻Ｓｉ入接触热阻戆撅念。３．２混凝土箱梁截面的温差变化影嚷德凝±镶粱戴霞褒底教瀵差年交纯懿主簧西素寿大气瀛凄戆年交豫葺鞋太辍辐瓣麴年变化。３．２。１温度和太鞠辐射的雄变化１）大气温度的霉变化大气温度的年变化是铝一年内月（或旬平均）气温的变化，多数情况下可以用余弦函数袋零懿下”５１：￡＝７二＋以ＣＯｓ［÷ｐ一吒）】（３—１４）Ｏ式中：嚣一气温；瓦。一年平均气温｛４一气温年变幅；／－一瓣羯，曩；矗一气温晟高时间。我国避｛嚣在七片中旬气漏最糍，教ｒｏ＝６５。通常一月气瀛鼹低，冈此，在计算中可以埘２４Ⅱ寒簿太学矮士学垃论文敬以＝（正一写）／２，其中弓为７月平均气温，正为一月平均气温。根据文献㈣酣录提供的赉料，丈桥所处地区的年平均蕊魔为１５．３ｏｃ，取熬外计算温度羊ｔ、■分裂为一６℃鞍３３‘ｃ。灏藏，该笼嚣粒年激凄变证蘧线Ｗ戬袈为：℃＝１５．３＋１９．５ｅｏｓ［兰（ｆ－６．ｓ）］Ｕ（３。１５）圈３－ｌ表示式（３－１５）的燮化规律：３５ｊＯ２５２０甜１５魁删ｌ０５０－５２４６８ＩＯ月份测３－１大辑所娥熄蕾年温度变化曲线２）太阳辐射的筇变化纬度是影响太剐辐射年变化的最主要因索，其次是高程㈣。丈辑搿处照熬（纬疫３２）鹣一年中不司拦徐豹矗强辐辩警均１妻热表３－１。太鞴辐射ｓ。年变他（ｋＪｆｒ０２ｈ）裘３－１８１２４９．３１２２６．８１２４０．３９｛１５｛，４１０１１ｌ淤｝３０｜３５ｌ３２１７１４．６２９４７３｛０９７３｛０４｛．｛１０７４２４５，２９４６７１２｛２５６｛３６６５１３１｛．２１３｛１．２１３１１．２９２８５７９０岛５８８．２６４１。Ｓ５４０２８０７７６７１８８４７３９０７１｛２２１，２１２４２１｛２９４．３｛３６６５１２９４１｛０９３，２８４９．７１１２８１１５６５５８§７７４９６０１笫２５啦东南大学硕士学位论文一持…纬度３０度３５?纬度３２划想蔷辟墨《㈣Ⅲ枷ⅢｍⅢ帅Ⅲ川㈣Ⅲ２３４５６７Ｂ９１Ｏ月份图３－２年辐射随纬度变化的曲线３．２．２边界条件和初始条件处于自然界中的箱梁每时每刻都与外界有热传递和热交换，是一个瞬态热传导问题。如前所述，可以按照第三类边界条件处理，大气辐射则转换为对应的热流。在箱粱的温差设计中，热交换包括对流换热和太阳辐射辐射两种形式。根据凯尔贝克的计算公式【”】，混凝土箱梁的对流传热系数可以如下取值：混凝土桥面顶面ｈｃ＝３．８３ｗ＋４．６７（—杀＝）（３．１６）ｍＬ箱梁底面ｈｃ＝３．８３ｗ＋２．１７（磊）（３－１７）蝴懒ｈｃ＝３．８３ｗ＋３．６７（磊）（３－１８）箱梁内表面ｈ＝３．５（３－１９）式中Ｗ为风速（ｍ／ｓ）。由于太阳辐射引起的桥面和空气之间的热传导率ｈ，可以表示为：ｈ，＝ｅ１４．８＋Ｏ．０７５×（％一５）］（３—２０）式中￡÷一桥梁表面温度（℃）；ｅ一混凝土辐射系数；计算箱梁的温度场时，必须知道初始温度的分布，这种和初始时刻有关的问题称为初始条件，～般可以写为：ｒＬ＝丁（ｚ）（３＿２１）计算箱粱上Ｆ缘温差变化的时候，假定在计算的初始时刻箱梁截面上的温度分布均匀，箱粱截面的整个温度为当时的大气温度。东南人学硕士学位论文３．２．３计算参数的选择计算参数主要包括材料的热传导系数、质量、密度和比热，同时还必须计算各边界的对流系数、热辐射量等。如果有桥面铺装的话，则有两种材料：即混凝土平¨沥青混凝土，则材料参数取值如下㈣㈣：材料参数表表３－２材料性质密度ｐ（ｋｇ／ｍ３）比热ｃＤ（ｋＪ／ｋｇ＇Ｃ）传导系数＾（ｗ／ｍ。Ｃ）沥青混凝土２１００１．６８Ｏ．３７面层混凝土２５００Ｏ．９２１７４沥青混凝士的辐射系数取０．９２。风速取该地区的平均风速２，６ｍ／ｓ。３．２．４箱梁温度场的模拟１）箱梁的年温度变化在式（３－２）、表３－１和式（３－１２）的基础上确定边界条件的基础上，利用ＡＮＳＹＳ程序计算了箱梁支座截面和跨中截面混凝土的温差变化情况。图３－３支座截面网格划分图图３－４支座截面７月中旬温差分布图从图３－５可以看出，随着季节的推移，箱梁顶板和底板的温度差的变化经历了一个有小到大再变小的过程，即在温度较高的季节箱梁项扳和底板的温差较大，而在比较冷的季节箱梁顶板利底板的温差较小。当然这种差别是平均意义上的，并没有考虑因为骤然降温等偶然条件引起的大气温度的突变。从图３－５可以看到。在７月温差达到了１３．５℃，而在１２月，温差只有６℃左右。东南大学硕士学位沦文图３－５支座截面项板底板年温差变化曲线跨中截面具有类似的性质。如图３－６、图３。７、图３－８所示，顶板、底板最大温差也在７月达到１３４Ｃ；而１２月的温差只有６。Ｃ。图３－６中跨跨中截面网格划分图图３．７中跨跨中截面７月中旬温度分布幽３－８中跨跨中截面丁页扳底板湍晕曲线

东南大学硕士学位论文需要指出的是，上述的模拟表示的是在温度随季节变化时箱梁顶板、底板温差的变化趋势，并不表示一年中最不利的温差。２）箱粱日照温差模式我国现行的《公路梁规》（ＪＴＪ０２３—８５），只给出了Ｔ形截面梁的日Ｊ！《｛温著分布形式，这个规定是否适崩于箱形梁是值得探讨的。文献【２２１通过对箱梁温度场的实测分析指出：采用不同的箱梁日照温差的分布形式，对箱梁的受力影响是非常大的，有时甚至会得到相反的内力。《公路桥规》的温度梯度不宜用于钢筋混凝土箱梁的温差应力计算，新《铁路桥规》（ＴＢＪ２．８５）的温度梯度模式可以用于箱梁的温差应力计算。文献８５１经过对大量实测数据的分析后指山，在箱梁项板受日照的情况下，全截面竖直方向的温差可用下式计算：Ｉ２瓦８－５７（３—２２）瓦＝０．０２３Ｓ＋０．２５６Ｔ．式中：ｓ一水平面上的Ｅｔ最大太阳辐射强度；△￡一日气温差；根据《简明供热设计手册》【１１附录可得南京地区的太阳辐射强度Ｓ＝９９９ｗ／ｍ２，日气温差△￡＝ＩＯ＇Ｃ，代入式（３－２２）可得：Ｔｏ＝２５℃。事实上，文献‘２０通过对南京长江二桥北汉主桥箱梁温度场的测试和大量实测数据的分析，参考新《铁路桥梁规范》的相关规定，提出了适合于该地区的无铺装层的箱梁温差分布形式为ｒ＝２０ｅ４７（忽略底板的温差变化）。文献【‘４１指出，对于设有沥青混凝土铺装的公路桥梁，其最不利温差要比无铺装的桥梁高５＂Ｃ２主右。因此，基于已有资料的理论和试验的研究‘”１１２６１，考虑到公路桥粱的特点和沥青混凝土铺装层的影响，本文认为该地区大桥箱梁顶底板的温差分布形式可以假定为瓦＝ｒｏｅ。５’，而最不利日温差分布模式为Ｌ＝２５ｅ。’。３．３截面温差变化对预应力混凝土箱梁的影响箱梁的定期检测持续时间跨越了大桥所处地区的秋季、冬季、春季和夏季。在不同的季节，温度在箱梁中的分布都是不均匀的，而且Ｔｏ是不一样的，这种差别是由季节温度平¨日照温度的综合作用产生的。在不同季节的观测日，由于这种箱梁截面上的温度不均匀分布以及温差Ｔ。的不等，使箱粱变形出现观测到的现象：即相对变形表现为中跨上挠而边跨下挠。如前所述，对于非线性温度分布形式瓦＝ｒｏｅ＿５’，瓦的值是不断变化的。为了描述ｒｏ的变化对箱梁位移的影响，可以将ｒｏ做等幅度的降低，比如５℃，考虑在瓦２５。Ｃ，２０＂Ｃ，１５℃时箱梁的相对变形情况。幽３－９ａ表示的是箱粱结构在不同温筹五＝２５。Ｃｔ２０。Ｃ｝Ｈ１５℃作瓤２９血东南大学硕士学位论文用下箱梁的变形情况，图３－９ｂ表示相对于瓦＝２００ｃ：｝ｎ１５℃相对于Ｔｏ＝２５＂ｔ２的相对变形，即用五＝２５℃时箱梁的变形减去瓦＝２０ｏｃ和１５℃时箱梁变形所得到的差值。ｏ）不同温差作用下的变形ｂ）相对干ＴＯ＝２５℃的变形图３－９截面不同温差Ｔｏ作用下箱粱的位移曲线从图３．９ｂ可以非常明显的看到，在不同的温差正下，测量得到的箱梁相对位移的变化将呈现出的变形状况是：边跨下挠．中跨上挠。这与实际测试所得的箱梁变形情况是一致的。所以，本文认为在定期监测中发现的左右幅箱梁出现的位移变化趋势，是由于在不同季节、由于箱粱截面最大温差的变化导致的、由于温度变形的差异才出现的这种变形情况。图３．１０表示的是箱梁在不相差５℃和五相差ＩＯ＇Ｃ的情况下计算所得的理论位移差值与实测的左幅箱粱位移差值的比较。如果我们假设相邻两次监测之间的截面温差不相差５℃的话，扣除箱梁截面最大温差变化导致的箱梁位移变化的影响后，即在扣除温度变形的影响因素以后，大桥箱梁在定期监测期间的变形可以认为几乎没有变化。扣除不相差约５℃的相对变形后，箱梁的竖向相对位移曲线如图３－１１。因此，本文在考虑的温度影响后认为：至少在监测的时间段内，在现有的荷载作用下，大桥箱梁的变形基本处于稳定的状态。但是，从观测到的结果可以看出，箱粱结构受温度荷载的影响是很大的。而且该桥是连续粱结构，为超静定体系，温度变化会产生温度次内力。所以需要对箱粱的温度应力进行验算，确保结构的安全。东南大学硕士学位论文理论上Ｔ０相差５℃的位穆理论上ＴＯ相差１Ｏ＇Ｃ的位移第一次。二。ｋ≮＝＃萼＞步。孟二ｊ＝＝睦—寺号兰＃茸与”ｓ＃手芋———＝正ｊ——号≮串６Ｄ’点位第一、＝．弋＃岛∥—盘］＝盐寸警书”第二次Ａ’够Ｄ’点位第三次Ｌ《—归砷—乏二工二］＝］２∑Ｌ删＝￡ｊ多ｍ第三次Ｄ。点位图３－ｌＯ左幅箱梁理论相对差值和实测相对差值的比较东南大学硕士学位论文第一次Ⅳ点位ｋ—扛ｋ—』２＝—————玉苴＿——ｋ——三—————ｊ——毡：蛊兰当＊第一次０’点位毛盅土兰。畦篓—岳曲ｋ；坠Ｉｄ，。‰—ｋ圭垒一；：逆—坚士：望』—ｋ土』。第三次Ⅳ点位毛§：§一—坠。兰芷：：：ｋ。一：§。，。—：生。：—§：！一‰；＝垦！一ｌ。第三次Ｄ，点位毛毛。ｋ：皇二主＝＝当——』——』——羔虹—ｋ一廷：叠兰』ｍ图３－１１扣除温度变形后的左幅箱粱竖向相对变形东南大学硕士学位论文４连续箱梁使用阶段的分析本文研究首先建立了大桥箱粱的平面杆系模型，对箱粱的内力进行了分析。在此分析计算的基础上，根据变截面箱梁剪应力公式，对大桥的剪应力进行了进一步的计算和分析。考虑到温度应力对箱梁的影响较大，本章进一步分析了双室箱梁的温差应力，通过计算比较了用不同规范的温差公式计算结果的差异。４．１变截面预应力混凝土梁的剪应力计算对于大多数的预应力混凝±桥梁，增大其中间支承处的粱高和腹扳的厚度，有利于承受该处很大的弯矩和剪力。对于变截面粱，当上下翼缘的夹角不大于２０。时（大桥翼缘的最大夹角为６。左右），一般可以不考虑其对纵向应力分布的影响，但对剪力的影响则不能忽略。在《公路桥规》（ＪＴＪ０２３．８５）的规定中没有考虑变截面对预应力混凝土梁剪力的影响。在平面杆系的计算中，没有考虑箱梁变截面效应引起的附加应力，而该大桥是变截面连续箱粱，中跨跨中和边跨支点处的箱梁高度均为１．３０米，中间支座处箱粱高度为２．５０米，边跨支座到中间支座以及中间支座到箱梁中跨跨中的梁商按照二次抛物线的方程变化。本章首先利用建立的平面杆系模型对箱梁内力进行计算，在这个计算的基础上，根据箱梁变截面效应对箱粱剪力产生影响的计算公式，对大桥箱梁的剪力进行分析。因此，需要对变高度梁的由于箱梁高度变化引起的附加内力进行分析。本节从节段变截面梁受力平衡的角度，通过平面杆系程序的计算结果，结合变截面梁剪应力的计算公式，进行了大桥箱梁的受力分析。４．１．１平面杆系计算模型针对大桥具体情况，建立了平砸杆系模型如图４－１所示。平面杆系模型共分为１９０个单元，１９１个节点，对大桥在正常施工、使用荷载（包括收缩徐变）作用下以及温度荷载作用下的箱梁受力进行了计算，结果表明在正常施工和使用状态下，箱梁的受力满足《公路桥规》的相关规定‘５”。粥３３贝

东南大学硕十学位论文剥辎避＼Ｒ?忙惴靶惶懵＿一吼寸ｌ东南大学硕士学位论文４．１．２变截面梁剪应力计算公式要准确的计算变高度梁的剪应力是比较复杂的，因为在变高度梁的竖直截面内正应力和剪应力的分布规律不同于等高度梁，平截面假定存在偏差。但是在梁高变化不大的情况Ｆ，仍然可以近似的按照等截面梁的假定推导变高粱剪应力计算公式【３”。对丁图４－２所示的变截面梁端，位于０－０和１－１截面之间，梁段ＫＡｘ。设作用在截面０－０上的总内力为Ｎ，Ｍ和Ｑ，作用在１－１截面上的总内力为Ｎ＋ＡＮ，Ｍ＋ＡＭ雨ＩＱ＋ＡＱ。水平截面ｃｄ处梁段腹板厚度为ｂ。ａ…Ｏ．ｄ乱Ｃ膏ｆ×Ｖ１ｄＡｌ一ｄ。、Ｍ＋△Ｍ一ＭＹｃ瞥；—矿７卜ｒ一ｉ一一ｄ｝０１、ｌＭ＋ＡＭ厂Ｍ０Ｉ／７－。／／，１‰｝厂Ｍ一９Ｎ?ＬＮＪ０１Ｎ＋ＡＮＬ一／／）≤一｝ＩＮ＋ＡＮｊ／Ｑ＋ＡＱ００—／０△×’ｃＱ＋ＡＱ——／１０△×１图４－２变截面梁的剪应力计算考虑在隔离体ａｂｃｄ上各力的平衡条件，各正应力和剪应力在Ｘ轴上的投影之和为‰’屯‘△ｘ＋Ｊ吒删一Ｊｔｌ姒＝０ｄ‘（４－１）式中。一截面ｃｄ处的剪应力４正一截面０－０上的正应力ｑｌ一截面１－１上的正应力。这里ＮＭ巳。了＋了７正１２■ｒ＋＿ｒ节Ｎ＋ａＮＭ＋△Ｍ（４．２）式中：Ａ，４一分别为截面０－０平¨１－１的计算截面面积，，，。一分别为截面０－０和１－１的计算截面惯性矩东南大学硕。Ｌ学位论文ｒ／，研一分别为截面０－０和１—１的重心轴至计算应力点的距离。将上式代入式（４－１），井以岛代替式中的‰，则可得：咖ｚ＝半弘＋半弘一等卜等弘％ｑ＝等骅＋兰ｃ片一净＋尝杠堕Ｉ＋兰ｃ晔一∥ｒｌｄＡ，令胁＝Ａｅ，ＪｄＡ＝ＡｃＪ编蛆２＆，Ｊ倒＝Ｓｃ则勺“＝等×鲁＋ｉＮב百Ｚｄ一予Ａｃ＋尝×ｉＳｄ＋忑Ｍ×（鲁一争ｃ。∞对图４－２ａ中的０点取矩，并略去高阶小量可以得到：坐：Ｏ—Ｎｔ趾口式中：∥一粱重心的倾角。去（鲁一争＝丢（争＝三Ａ盟ｄｘ一万Ａ＞，ｉｄＡ土ｚｘｘ（量Ｌ一了Ｓｅ）＝五ｄＬ—Ｓ尹ｒ＝了１ｉｄＳｅ一丁Ｓｙ忑ｄＩ其中：Ａｙ一计算位置以上的部分截面面积Ｓｙ一计算位置以上的部分截面对重心轴的面积矩。故式（４．３）可以写成：‰．ｑ＝鲁罢＋．ｖ忑ｄ。了Ａｙ）＋了ＳｙｉｄＭ＋吖丢（孚）：（Ｑ一Ⅳｔａｎ所孚＋Ｍ夏ｄＬ予Ｓ，）＋Ⅳ忑ｄ。了Ａｙ）＋了Ａｓ，石ｄＮ上式中的蛮－似室旦ｄｘｒ兰Ａｑ＂和五ｄ。了Ｓｖ），通常可以分别取为计算截面的左也相邻的截面的生剥曼的ｉＦ均，蜒化率，作为谚截面的计算值。如果梁的截丽特性Ａ、ｓ和Ｉ都可以｝ＨｘＡ，赫、６雌东南人学硕士学位论文的函数来表示它们沿梁轴线的变化规律，则可以用直接微分的方法来计算这些变化率。如果在截面ｃｄ以上的隔离体内有预应力钢束穿过，如幽４．１ｂ所示，则式（４，１）变为ｆ—ｂｙ?ａｘ＋；０２。ｄＡ６ｒ●●Ｊｇ嵋＋ｄ。∑。△Ｍ∞Ｓ嘶＝０式中：口一坝厩力俐劬１对Ｘ轴明倾角；△Ⅳ。，一预应力钢筋ｉ在粱段ａｘ范丽内，总的预虑力变化值。故可得计算变截面梁剪应力的通用式为：勺＝（Ｑ一Ⅳｔａｎ历＋Ｍ五ｄｔ宁Ｓｙ＋Ⅳ丢（鲁）一霉丢（％ｃ。ｓｑ）（４－。）如果预应力钢筋在计算截面处不切断，且不计摩阻力的影响，则上式中：芸地ｄ（Ｎｙ，ｃｏｓ咿。所以：勺＝古ｃＱ孚＋畦粤，＋Ⅳｃ丢ｃ鲁卜孚ｔ锄剧也就是说，计算剪应力的通用公式可以写为下述的通用格式：～２Ｑ去＋Ⅳｃ１＋崛㈡－５）式中，ｃ＝ｉ１霹ｄ予Ａｙ一孚ｔａｎ用’。一Ｃ：土旦ｆ岛２６。ｄｘＩ。但是，根据以上的推导得出的公式（４．５）没有考虑混凝土挣截面和换算截面的区别，用微分形式表示的参数也比较复杂，而新的《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（送审稿）（以下简称新《公路桥规（送审稿）》）根据目前桥梁工程中常用的变截面形式一截面高度按照抛物线变化的规律一建立了变截面箱梁的剪应力计算公式。这个公式考虑了混凝士净截面和换算截面的差异，对梁高按照抛物线变化的箱梁考虑变截面效应的剪应力计算建立了简单易行的计算公式，详细的介绍可以参考新《公路桥规（送审稿）》附录Ｂ。４．１．３箱梁剪应力计算计算截面取大桥箱梁靠２５＃墩支座中心ｈ／２截面（截面Ｉ）和中跨１／４Ｌ处的截面（截面ＩＩ）为抗剪关键截面以进行箱粱的剪应力计算。胁朴煮鲁袈耄４一鎏蚕煮学’孥粤謦窟时，箱梁截面Ｉ和截面Ⅱ的上梗肋、中性轴干¨Ｆ梗肋处的剪廊力值，同时也列山了不考虑变截面效应时的剪篇舅葛：“…““、…１１“’“’悝型塑燮坠———～㈨。．，篡，竺，甓苎截面Ｉ验算截面ＩＩ的位置和预应力钢柬的布置………“”“”“…Ｈ少鳅制两处截面有关计算参数如表４－１所示。壁雪！型塾面ＩＩ的相关计算参数表４．１位置Ａ（ｍ２）ｂ（ｃｍ）ｐ１１０（ｃｍ）ｍ截面Ｉ６．８６５０１３１１．３９２３５．２５１．７０．００３４５截面ＩＩ５．２８４６９０３．５０１１４．３４】．７０．００５０４１。………一，，““８““状态截面Ｊ截面ⅡＮ（ＫＮ）３３０００正常使用极限状Ｎ（ＫＮ）２７８００Ｍ（圈Ｎ．／２１）态内力组合Ｉ１１７００Ｍ（ＫＮ．ｍ）．３３６Ｑ（ＫＮ）３１６０Ｑ（ＫＮ）２３６０Ｎ（ＫＮ）正常使用极限状３３０００Ｎ（ＫＮ）２７８００Ｍ（ＫＮ．ＩＴＩ）态内力组台ＩＩ１１７００Ｍ（ＫＮ．ｍ）－３２７Ｑ（ＫＮ）３１６０Ｑ（ＫＮ）２３６０Ｎ（ＫＮ）正常使用极限状３３０００Ｎ（ＫＮ）２７８００Ｍ（ＫＮｍｌ）态内力组合ＩＩＩ１７６００Ｍ（ＫＮ．１１１）１０９０Ｑ（ＫＮ）２８８０Ｑ（ＫＮ）２２４０节毋缫毒懑裴告景巴黠没有弯起的通蟓预应力钢菇哥骣赫力，贿少数的节段束预应力钢筋有小角度的弯曲。的车｜｝Ｉ霉三耋翟岂！黔桥箱梁在正常使用极限状态下，截面Ｉ和截面ＩＩ的最大剪力及其对应的轴力和弯矩的数值。

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