简支梁桥体外预应力加固疲劳分析-fatigue analysis of external prestressing reinforcement of simply supported girder bridges.docxVIP

1绪论1.1选题背景和研究意义1.1.1体外预应力加固桥梁的发展体外预应力技术的初次使用是在 19 世纪 20 年代末，近年来其广泛的应用于新 建桥梁和现有桥梁的加固中。体外预应力是后张预应力体系的重要分支之一。体外预应力结构的概念及方法 产生于美国，由 Eugene Freyssinet 完成了体外预应力的首次应用。它与传统的后张有 粘结、无粘结或缓粘结预应力结构不同的是，体外预应力混凝土结构是将预应力筋 布置于混凝土截面外施加预应力的一种结构体系，它在材料和设备、预应力损失、 承载能力计算、耐久性设计等诸多方面都具有其自身的特点。使用体外预应力进行加固的主要工程有：建于 1979 年的，加拿大格朗梅尔桥，结构为三跨连续梁，长度为 39.6 m+181.4 m+39.6 m，由于挠度过大，底板表面发现裂缝，1991 年对该桥使用体外预应力进行 加固，在加固后两年对挠度进行监测，发现挠度随时间的变化趋于平稳，加固效果 良好。建于 1966 年的法国 Oleron 高架桥，结构为预制阶段拼装式单箱梁桥，布跨为 75 m+7×39.5 m+59.25 m+26×79 m+59.25 m+9×39.5 m+28.75 m。由于在使用阶段中其承 载能力不足的缺陷日益凸显，与 1990 年使用 4 束 35×5 mm 的预应力钢索对其进行体 外预应力加固。建于 1979 年的瑞典 Massongex 高架桥，布跨为 27 m+38 m+72 m+38 m。在 1980 年，发现其主跨跨中出现 113 mm 的挠度，且挠度随时间呈线性增加。通过进一步的 研究发现，实际预应力钢束提供的预应力值低于设计值。于 1990 年使用体外预应力钢束对其进行加固，加固后，挠度和裂缝均得到了有效的控制。建于 1991 年的瑞士公路桥，桥梁结构为钢筋后台框架结构，在使用体外预应力 加固之后，其在活载作用下的工作性能得到了大大的提高。在我国，体外预应力技术在旧桥加固中更是得到了广泛的应用，成功的案例不 少，如陕西省周至渭河桥加固处理、吉林省青山桥加固处理、遂宁陪江大桥加固处 理、黄石长江大桥加固处理等。在本人攻读硕士研究生的几年期间，课题组也完成 了数座体外预应力加固桥梁的工程实例，均取得了不错的效果。1.1.2选题背景和研究意义体外预应力给设计者提供了一个具有更好耐久性的结构，这样就可以更加容易 地改善恶化的桥梁现状。这对于城市桥梁来说是一个非常重要的性能，特别是对于 那些交通中断会导致严重问题的情况。现有的体内、不可替换预应力现存桥梁的耐 久性问题，使得研究人员对于体外预应力的兴趣持续增加，如今，在德国在建造箱 梁桥时更加倾向于使用体外预应力[1]。体外预应力得到研究和设计人员的关注还因为 其给予了设计师在选择截面形式时更多的自由。这种自由在选用非常高强度材料时 是至关重要的。1、体外预应力的特性如下：（1）体外预应力钢束的位置在结构物理截面之外。（2）体外预应力产生的力只在锚固区及转向块处传递给结构。（3）除锚固区及转向块外，在结构和钢束之间无粘结。2、对比体内有粘结预应力，体外预应力有如下直接优势[2]：（1）体外预应力的应用可以组合种类广泛的建筑材料，如：钢材、木材、混凝 土、混合结构及塑性材料，这样可以扩大体外预应力的使用范围。（2）由于钢束的位置和易接近程度，监控和维修相对于体内有粘结钢束而言更 为方便。（3）由于无粘结，可以重新张拉、减少张拉力并更换任何体外预应力钢束，使得结构可以容许这些操作。（4）由于在腹板没有钢束，改进了混凝土的布置。（5）由于钢束的安装独立于混凝土工序，改善了钢束安装环境。（6）由于非故意角度变化的部分减少，降低了摩擦力对于应力损失的影响。并 且，由于聚乙烯保护套的使用，对比使用金属波纹管的有粘结体内预应力，摩擦系 数显著减小。（7）体外预应力钢束可以在没有明显花费的情况下轻松地设计为可替换、减小 张拉力并可重新张拉的构件。（8）由于腹板可以变得更薄，导致结构的总重量减轻。（9）加强了承载能力。 总而言之可以得到更佳的混凝土质量，从而得到更加耐久的结构。 3、体外预应力由于其灵活性、可操作性、及经济性有如下典型应用：（1）工程维修及结构加固（2）预制阶段施工（3）简支梁和连续梁施工（4）悬挂结构（5）分步安装步骤，特别是预应力混凝土结构 近年来，随着车流量的不断增加、车辆吨位的大幅度增长对桥梁通行能力和承载能力提出了更高、更新的要求。但我国很多公路桥梁始建于上世纪八九十年代， 很多桥梁承载能力不足、桥面宽度不符合当前的行车要求，因此通过一定的技术措 施对技术标准低、通行能力和技术状况差的桥梁进行加固补强与加宽改造，使现有 桥梁在今后公路交通事业的发展中保持充分的适应性，提高路网通行能力，是一个 现实的问题。我国交通运输