半整體式全無縫橋合理結(jié)構(gòu)體系研究.pdf

1、無縫橋是一種通過采用整體式或半整體式橋臺(tái)、連續(xù)橋跨等方式取消了橋梁全部伸縮縫的結(jié)構(gòu)。本文旨在探究半整體式全無縫橋合理結(jié)構(gòu)體系。本文在改進(jìn)1998年提出的半整體式全無縫橋梁的過程中，提出了一種帶地梁的半整體式全無縫橋的結(jié)構(gòu)型式，其工作原理同半整體式全無縫橋，只是在接線路面的末端增加了為控制接線路面長(zhǎng)度而設(shè)計(jì)的地梁。隨后2009年初，又提出了帶預(yù)鋸縫的半整體式全無縫橋的結(jié)構(gòu)型式。論文主要是對(duì)后兩種橋梁結(jié)構(gòu)體系分別進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，以

2、驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)的合理性。主要的研究成果總結(jié)如下所示：
　　 1.為了能有效的控制配筋接線路面的長(zhǎng)度，本文提出了帶地梁的半整體式全無縫橋結(jié)構(gòu)型式。推導(dǎo)了帶地梁的無縫接線路面在均勻溫度作用下的內(nèi)力與變形計(jì)算公式；編制了相應(yīng)的配筋接線路面的配筋計(jì)算程序，并將實(shí)驗(yàn)獲得的各項(xiàng)材料參數(shù)帶入程序計(jì)算，得到了配筋接線路面的裂縫間距及裂縫寬度值：通過對(duì)帶地梁的半整體式全無縫橋的溫降模擬試驗(yàn)，得知帶地梁的半整體式全無縫橋具有很強(qiáng)的吸納梁體變形的能力，延

3、性好。但接線路面裂縫間距不滿足道路規(guī)范對(duì)于裂縫間距的要求，因此設(shè)計(jì)時(shí)不能將該帶地梁的配筋接線路面用于吸收太大的梁體變形，否則會(huì)影響到配筋接線路面的耐久性。同時(shí)，得知錨端地梁隨著張拉荷載的增加發(fā)生了很大的向橋跨的變形，因此需加強(qiáng)錨端地梁的設(shè)計(jì)。
　　 2.為了控制接線路面裂縫的分布規(guī)律，減少接線路面與搭板之間的拉力，使裂縫持續(xù)的傳遞到帶鋸縫接線路面的末端，本文進(jìn)一步提出了帶預(yù)鋸縫的半整體式全無縫橋體系，其工作原理與半整體式全無縫橋

4、一致。通過對(duì)該橋型的溫降模型試驗(yàn)，測(cè)得帶預(yù)鋸縫的配筋接線路面在張拉作用下的鋸縫處裂縫分布規(guī)律。通過對(duì)最大裂縫寬度處鋸縫兩側(cè)彎沉的試驗(yàn)測(cè)量及鋸縫傳荷能力的理論分析，發(fā)現(xiàn)帶預(yù)鋸縫的配筋路面鋸縫有很好的荷載傳遞能力。實(shí)驗(yàn)測(cè)得帶預(yù)鋸縫的半整體式無縫橋?qū)ε_(tái)后的土壓力影響較小，從而降低了橋臺(tái)的設(shè)計(jì)和施工要求。同時(shí)通過對(duì)比搭板末端張拉位移與鋸縫處所有裂縫寬度和的差值，發(fā)現(xiàn)帶預(yù)鋸縫的接線路面鋸縫有很強(qiáng)的吸納梁體溫降產(chǎn)生的縱向水平位移的能力。最后通過對(duì)實(shí)

5、驗(yàn)結(jié)果的分析，說明模型中設(shè)計(jì)的長(zhǎng)19m的接線路面模型可用于橋跨均勻溫降20℃，總長(zhǎng)達(dá)90m的無縫橋梁接線路面。
　　 3.通過對(duì)帶預(yù)鋸縫的半整體式全無縫橋的實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)合鋼筋與混凝土間粘結(jié)滑移的線性本構(gòu)關(guān)系，建立了帶預(yù)鋸縫的半整體式無縫橋配筋路面由于梁體溫度變化引起的配筋路面受拉變形的應(yīng)力計(jì)算模型及平衡微分方程組，通過解答微分方程組，得到了在梁體溫降作用下，預(yù)鋸縫處裂縫寬度的計(jì)算公式及配筋路面內(nèi)力與變形解析表達(dá)式。推導(dǎo)了由于梁體

6、在溫降作用時(shí)產(chǎn)生的收縮變形，配筋路面干縮和溫縮等引起的配筋路面裂縫寬度計(jì)算公式。引入了表面裂縫寬度轉(zhuǎn)化系數(shù)η，推導(dǎo)出了配筋路面的路面裂縫寬度計(jì)算公式。并結(jié)合一般路面施工縫施工程序，提出了帶預(yù)鋸縫全無縫橋配筋路面施工應(yīng)該注意的事項(xiàng)。
　　 4.分析了在溫度和車道荷載的共同作用下，工后沉降對(duì)接線路面使用性能的影響。在室內(nèi)進(jìn)行了大比例無縫橋模型試驗(yàn)，模擬了溫度、車道荷載和臺(tái)后不均勻沉降的共同作用，測(cè)得豎向荷載對(duì)半整體式無縫橋梁端反力及

7、變形及臺(tái)后土壓力影響較小，但豎向荷載對(duì)加載點(diǎn)及其附近鋸縫處的裂縫寬度影響較大。同時(shí)文中建立了半整體式全無縫橋3D有限元模型，且建立相同長(zhǎng)度的常用搭板模型進(jìn)行對(duì)比分析。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果和3D有限元數(shù)值模擬結(jié)果來看，雖然半整體式全無縫橋搭板在臺(tái)后不均勻沉降情況下變形較常用搭板模型小，但臺(tái)后不均勻沉降量增加的同時(shí)也增加了搭板內(nèi)的應(yīng)力，且較常用搭板模型大，使搭板處于不利狀態(tài)。從行車舒適度及路面耐久性的角度考慮，應(yīng)盡量減少半整體式無縫橋搭板因沉降引起的

8、變形，嚴(yán)格控制臺(tái)后不均勻沉降量。
　　 5.對(duì)兩種半整體式全無縫橋配筋接線路面的延性實(shí)驗(yàn)和理論分析。通過帶預(yù)鋸縫的半整體式無縫橋配筋路面往復(fù)張拉實(shí)驗(yàn)(模擬無縫橋在均勻溫度作用下，包含溫升、降作用)，測(cè)得面層和基層間的摩阻力、摩阻系數(shù)及錨固力隨著往復(fù)加載次數(shù)的增加而不斷減小，但往復(fù)張拉增加了預(yù)鋸縫處裂縫寬度。由于裂縫寬度是影響路面板使用性能及耐久性的控制因素，因此在設(shè)計(jì)應(yīng)計(jì)入往復(fù)荷載對(duì)裂縫寬度的影響。因此文中引入往復(fù)荷載對(duì)裂縫寬度