装配式箱梁桥整体化层作用机理及其设计加固方法
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摘要
随着我国交通事业的发展，公路建设突飞猛进，大量的高速公路、二级公路建设中、小型跨度桥梁的比例较大，其中多数桥梁属于装配式梁（板）桥。装配式梁（板）桥的单梁设计理论比较完善，其横向连接技术是桥梁结构逐渐改进的主要问题之一，尤其在荷载等级提高的情况下，需要找出新的设计方法在已有设计标准的基础上提高桥梁承载力。目前，国内部分学者采用在桥面设置整体化层的措施来提高桥梁承载力，但在设计施工中，分析计算提高承载力在量级上没有相应的理论研究成果可借鉴，工程师们只能采用折减等估算的方法。本文针对这些问题，对装配式预应力混凝土箱梁桥整体化层作用机理及设计加固方法展开研究，探讨预制梁（板）与整体化层的共同工作机理，从理论和实践的方法分析其桥梁结构承载力的内因，为其在桥梁工程中的应用提供理论依据。
论文主要研究内容和研究成果如下：
（1）论文首先从装配式梁（板）的结构型和连接方式出发，分析了各种结构的连接方式、内力机理及传统计算方法等，同时分析了考虑整体化层作用的箱梁桥应力分布关系。
（2）在装配式箱梁整体化层连接界面受力特性进行分析的基础上，得出影响界面受力的原因，即混凝土收缩、徐变、温度变化、二期恒载和活载等因素。用组合梁的计算模型，分析了界面的剪应力及结构刚度的变化规律。采用弹性理论，推导出整体化层界面的剪应力计算公式，首次提出完全粘结界面的剪力筋配筋计算公式，为装配式箱梁桥整体化层界面设计、加固配筋的计算提供依据。
（3）实际工程中采用的装配式预应力混凝土箱梁，用有限元法进行分析，确定适用于考虑整体化层作用的桥梁横向分布系数的计算方法，进而通过计算分析，首次考虑了整体化层作用的桥梁承载力提高效率，为该类桥梁设计、加固提供理论依据。
（4）从结构极限承载力出发，分析了考虑整体化层作用的预制箱梁的各阶段受力状况，给出叠合梁承载力计算假定，首次提出了装配式箱梁在整体化层作用下梁桥的抗弯、抗剪承载力计算公式，进而推导出箱梁设计、加固计算理论，为简支梁桥设计、加固提供理论依据。
（5）根据理论分析简支变连续结构的装配式预应力混凝土梁桥，对具有整体化层结构的连续梁进行抗弯、抗剪承载力分析，提供设计计算公式，为连续梁桥设计提供理论基础。
（6）依托工程实际，对装配式预应力混凝土箱梁桥整体化层作用性能进行了实际研究分析，对本文提出的计算理论进行了试验验证，实践表明计算理论与试验验证相吻合。
With the rapid development of the traffic career in our country, highway construction isdeveloping by leaps and bounds. In a large number of highway and secondary highwayconstruction, small and medium span bridges account for a large proportion. Most of thesekinds of bridges are used by prefabricated plate girder bridge.The single girder design theoryof the fabricated plate girder are perfect, however, the lateral connection technology is one ofthose problems that need to be developed, especially in the case of load rating, in the newdesign method to increase the carrying capacity on the basis of existing standard design, havebeen completed and the bridge through the reinforcement measures to improve the bearingcapacity problems. Domestic scholars gradually take bridge deck to increase the carryingcapacity, but in the design and construction, analysis calculated to improve the bearingcapacity of the order of magnitude is no corresponding theoretical research to draw on,reconstruction engineers can only adopt reduction estimated. Solve these problems, a wholelayer mechanism fabricated box girder bridge design reinforcement method study to explorejoint working mechanism of the precast beam (plate) with a whole layer from the theoreticaland practical method to analyze the bearing capacity of the bridge structure internal provide atheoretical basis for its application in bridge engineering.
The research content and research results of the thesis are as follows:
(1) Firstly, starting from the structure and connection of fabricated girder (plate), thepaper analysis the connection of all various structures, Internal force mechanism, traditionalcalculation method and the stress distribution relationship of box girder bridge under thebridge deck.
(2) Based on the mechanical behavior analysis of prefabricated box girder bridge deck,the paper put forward the cause of the influence interface stress, concrete shrinkage, creep,temperature change, the second dead load and live load factors. The calculation of thecomposite beam model analysis of the shear stress and the variation of the structural stiffnessof the connection interface. Elastic theory, composite beam interface shear stress formula isderived completely sticky interface shear reinforcement, reinforcement calculation formulawas first proposed, fabricated box girder bridge the overall layer interface design,reinforcement calculation basis.
(3) According to the engineering assembly prestressed box beam, using the finite elementmethod analysis to determine the appropriate the bridge lateral distribution coefficientcalculated integral layer, and then through the calculation and analysis, for the first time to consider the overall layerthe role of a bridge carrying improve efficiency design, reinforced toprovide a theoretical basis for such a bridge.
(4) Starting from the ultimate bearing capacity analysis of the force in the various stagesof the whole layer precast box girder situation, given the composite beam bearing capacitycalculations assume, first proposed the assembly the box girders overall layer rolebendingCharpy bridge, shear capacity formula, and then derive the box girder design, reinforcedcomputing theory to provide a theoretical basis for the simply supported beam bridge design,reinforcement.
(5) According to the theory of the actual bridge into continuous structure simplysupported overall layer structure with beam bending, shear capacity analysis, design formulato provide a theoretical basis for the continuous beam bridge design.
(6) Relying on engineering practice, the actual research and analysis of the fabricatedbox girder bridge overall layer of role performance, verified this paper, computational theory,practice shows that the theory and practice for test match.
论文主要研究内容和研究成果如下：
（1）论文首先从装配式梁（板）的结构型和连接方式出发，分析了各种结构的连接方式、内力机理及传统计算方法等，同时分析了考虑整体化层作用的箱梁桥应力分布关系。
（2）在装配式箱梁整体化层连接界面受力特性进行分析的基础上，得出影响界面受力的原因，即混凝土收缩、徐变、温度变化、二期恒载和活载等因素。用组合梁的计算模型，分析了界面的剪应力及结构刚度的变化规律。采用弹性理论，推导出整体化层界面的剪应力计算公式，首次提出完全粘结界面的剪力筋配筋计算公式，为装配式箱梁桥整体化层界面设计、加固配筋的计算提供依据。
（3）实际工程中采用的装配式预应力混凝土箱梁，用有限元法进行分析，确定适用于考虑整体化层作用的桥梁横向分布系数的计算方法，进而通过计算分析，首次考虑了整体化层作用的桥梁承载力提高效率，为该类桥梁设计、加固提供理论依据。
（4）从结构极限承载力出发，分析了考虑整体化层作用的预制箱梁的各阶段受力状况，给出叠合梁承载力计算假定，首次提出了装配式箱梁在整体化层作用下梁桥的抗弯、抗剪承载力计算公式，进而推导出箱梁设计、加固计算理论，为简支梁桥设计、加固提供理论依据。
（5）根据理论分析简支变连续结构的装配式预应力混凝土梁桥，对具有整体化层结构的连续梁进行抗弯、抗剪承载力分析，提供设计计算公式，为连续梁桥设计提供理论基础。
（6）依托工程实际，对装配式预应力混凝土箱梁桥整体化层作用性能进行了实际研究分析，对本文提出的计算理论进行了试验验证，实践表明计算理论与试验验证相吻合。
With the rapid development of the traffic career in our country, highway construction isdeveloping by leaps and bounds. In a large number of highway and secondary highwayconstruction, small and medium span bridges account for a large proportion. Most of thesekinds of bridges are used by prefabricated plate girder bridge.The single girder design theoryof the fabricated plate girder are perfect, however, the lateral connection technology is one ofthose problems that need to be developed, especially in the case of load rating, in the newdesign method to increase the carrying capacity on the basis of existing standard design, havebeen completed and the bridge through the reinforcement measures to improve the bearingcapacity problems. Domestic scholars gradually take bridge deck to increase the carryingcapacity, but in the design and construction, analysis calculated to improve the bearingcapacity of the order of magnitude is no corresponding theoretical research to draw on,reconstruction engineers can only adopt reduction estimated. Solve these problems, a wholelayer mechanism fabricated box girder bridge design reinforcement method study to explorejoint working mechanism of the precast beam (plate) with a whole layer from the theoreticaland practical method to analyze the bearing capacity of the bridge structure internal provide atheoretical basis for its application in bridge engineering.
The research content and research results of the thesis are as follows:
(1) Firstly, starting from the structure and connection of fabricated girder (plate), thepaper analysis the connection of all various structures, Internal force mechanism, traditionalcalculation method and the stress distribution relationship of box girder bridge under thebridge deck.
(2) Based on the mechanical behavior analysis of prefabricated box girder bridge deck,the paper put forward the cause of the influence interface stress, concrete shrinkage, creep,temperature change, the second dead load and live load factors. The calculation of thecomposite beam model analysis of the shear stress and the variation of the structural stiffnessof the connection interface. Elastic theory, composite beam interface shear stress formula isderived completely sticky interface shear reinforcement, reinforcement calculation formulawas first proposed, fabricated box girder bridge the overall layer interface design,reinforcement calculation basis.
(3) According to the engineering assembly prestressed box beam, using the finite elementmethod analysis to determine the appropriate the bridge lateral distribution coefficientcalculated integral layer, and then through the calculation and analysis, for the first time to consider the overall layerthe role of a bridge carrying improve efficiency design, reinforced toprovide a theoretical basis for such a bridge.
(4) Starting from the ultimate bearing capacity analysis of the force in the various stagesof the whole layer precast box girder situation, given the composite beam bearing capacitycalculations assume, first proposed the assembly the box girders overall layer rolebendingCharpy bridge, shear capacity formula, and then derive the box girder design, reinforcedcomputing theory to provide a theoretical basis for the simply supported beam bridge design,reinforcement.
(5) According to the theory of the actual bridge into continuous structure simplysupported overall layer structure with beam bending, shear capacity analysis, design formulato provide a theoretical basis for the continuous beam bridge design.
(6) Relying on engineering practice, the actual research and analysis of the fabricatedbox girder bridge overall layer of role performance, verified this paper, computational theory,practice shows that the theory and practice for test match.
引文
[1]赵顺波，张新中.混凝土叠合结构设计原理与应用[M]，北京:中国水力水电出版社，2001
[3]张占军，胡长顺，王秉纲.水泥混凝土桥面沥青混凝土铺装结构设计方法研究[J].中国公路学报，2001，14
[4]张占军，曹东伟，胡长顺.水泥混凝土桥面沥青铺装层厚度的研究[J].西安公路交通大学学报，2000，20
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