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2017年省科技奖-交规院-大跨度预应力混凝土连续刚构桥挠曲开裂因素研究与应用
发布时间:[2018-03-05]   浏览人数:807  来源:安徽省勘察设计信息网

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一、项目名称

大跨度预应力混凝土连续刚构桥挠曲开裂因素研究   

二、项目简介

该项目属交通运输工程建设领域。在安徽省2013年交通科技进步计划等资助下,以云南G85渝昆高速洒渔河特大桥及熊家沟特大桥项目为依托工程,对大跨预应力混凝土连续刚构桥的挠曲开裂研究现状进行了调研;从刚构桥结构体系、施工过程、预应力、混凝土收缩徐变、山区温度场、运营环境等对其长期下挠展开了各环节全方位的因素敏感性分析。创新性的探讨了刚构桥挠曲开裂的机理,并结合设计、施工、运营全过程提出了控制刚构桥长期下挠的应对措施。

三、主要创新

1.揭示了设计、施工、运营环节影响连续刚构下挠的因素作用机理

1结构体系对连续刚构桥长期下挠的影响

针对连续刚构桥结构体系,采用概念分析、数值模拟,明确连续刚构桥跨径、桥跨布置、桥墩高度和斜度以及结构刚度等结构参数对长期下挠的影响特性,确定连续刚构桥长期变形对不同结构参数敏感程度,并为结构体系设计以及桥梁后期的管养计划制定提供建议。

2预应力对连续刚构桥长期下挠的影响

针对连续刚构桥结构体系,采用概念分析、数值模拟,明确连续刚构桥预应力对长期下挠的影响特性,从预应力度和预应力损失两个方面入手研究,确定连续刚构桥在不同预应力度和预应力损失下变形的发展趋势和特点,并为结构体系预应力设计提供建议。

3混凝土收缩徐变对连续刚构桥长期下挠的影响

在对混凝土收缩徐变计算分析理论进行广泛调研的基础上,结合桥梁工程结构的特点和背景工程环境的特点,研究背景工程桥梁的混凝土收缩徐变对长期变形的影响,明确混凝土收缩徐变计算模式、终极值、加载龄期以及年平均湿度对长期下挠的影响程度和作用特点。

4施工过程对连续刚构桥长期下挠的影响

在对传统结构施工工艺进行广泛调研的基础上,结合桥梁工程结构的特点和背景工程环境的特点,研究背景工程桥梁的施工过程对长期变形的影响,通过数值模拟,明确结构施工过程中的胀模超方、铺装误差以及合龙误差对连续刚构桥长期变形的影响,为背景工程桥梁的施工误差的控制和后期管养提供建议。从而降低结构的长期变形。

2.建立适用于山区连续刚构的温度作用模式,明确了对结构挠曲开裂的影响规律

1基于山区温度场试验研究的温度作用模式

日照温差效应受到桥址地域、桥梁走向、季节、截面形式等的影响,按规范给出的统一温度梯度显然不够精确,其次桥梁技术规范缺少关于高墩的温度作用模式。本节研究根据温度场理论,开展山区温度场试验,最后通过对温度场进行合理简化,提出计算的基本温度作用模式。

2)整体升降温作用对主梁挠曲变形的影响

连续刚构桥在升降温荷载下,跨中变形大约是同跨度连续梁桥的9倍结构本身特性(墩梁固结、高墩)在整体升降温影响下的结构大幅度循环变位,导致连续刚构桥跨中下挠的主要因素。

3)非线性梯度温差对主梁挠曲变形的影响

日照温差随着温度的变化,对桥梁长期变形有影响,但随季节往复波动,总体影响不大,在线形测量时应考虑温度波动的影响。

3.形成了基于长期下挠控制的连续刚构体系的设计、施工与维护策略

1)连续刚构体系设计优化

从设计层面上提出降低主桥挠度的方法,包括三向预应力体系设计、零弯矩理论应用、边跨与中跨跨径比例的选择以及考虑活载对主桥挠度的长期效应的构造优化措施

2)连续刚构体系的施工质量控制

重视混凝土材料的配合比设计,水泥用量的控制,预应力束张拉质量的优化、预拱度理论以及跨中压重理论的应用,施工控制中采取的强制合龙的方法,备用束的使用,桥型的比选以及桥面系减载等。

3)连续刚构体系的运营管理

严格控制车辆的超速和超载,对大桥特定部位进行定期检测,并建立桥梁检测档案,密切注视桥梁的使用情况

从设计、施工和后期运营管养三方面入手,制定相关合理的应对措施和控制方法,建立多层次应对控制策略,降低预应力连续刚构桥长期下挠及开裂的风险。

该项目授权实用新型专利4项;发表英文国际学术论文1篇,专著1部;研究成果通过省部级成果鉴定1项,鉴定结论:总体达到国内领先水平,并建议进一步加大成果推广的力度

研究成果在G85渝昆高速系列高墩大跨刚构桥等项目中得到成功应用,经济与社会效益显著,应用前景广阔。

四、推广应用情况

通过对大跨径刚构长期下挠进行研究,探明成因、量化影响因素,回答刚构体系桥梁长期下挠的根本问题,提出有效的控制策略,研究成果直接应用于G85渝昆高速的两座高墩大跨刚构桥梁——洒渔河特大桥及熊家沟特大桥的设计、施工以及运营维护过程中,保障工程顺利实施,消除后期运营隐患

本技术定性了长期下挠的影响要素,定量了特定孔跨范围桥梁因素敏感性,具有较好的成熟度,研究成果为刚构体系桥梁的建设提供了技术支持,可以应用于其他山区特殊环境桥梁的建设研究结论对于其他孔跨布置刚构桥梁也具有极强的参考意义,能够推进对刚构体系桥梁的认识,成果推广后,对于桥梁建设成本维护成本的节约十分可观具备更为显著的经济效益,为大跨桥梁运营服务质量提供技术支撑扩大区域影响力具有较好的社会效益。

 



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