预应力混凝土箱梁桥开裂后的承载能力研究
【成果名称】预应力混凝土箱梁桥开裂后的承载能力研究
【成果属性】
【推荐单位】丽水市公路局
【成果体现形式】其它
【鉴定/评价单位】浙江省交通运输厅
【成果研究形式】与院校或院所合作
【鉴定/评价日期】2013-06-23
【成果推广形式】
【成果内容简介】主要研究内容： （1）预应力混凝土箱梁桥开裂成因分析 国内外预应力混凝土箱梁桥裂缝类型、开裂成因归纳总结；研究了典型预应力混凝土连续箱梁桥腹板开裂成因；进一步研究了腹板厚度、竖向预应力损失等相关参数对箱梁斜截面抗裂性和抗剪承载能力的影响。 （2）预应力混凝土箱梁桥材料非线性研究 预应力混凝土箱梁材料非线性理论，包括混凝土和钢筋本构关系、非线性有限元分析的数值算法等方面的整理归纳；研究基于实体退化壳与杆单元的组合单元模型、分段施工过程模拟和预应力损失考虑，开发了预应力混凝土箱梁桥全过程非线性分析软件。进行预应力混凝土箱梁腹板极限承载力分析，研究预应力配置大小、混凝土徐变效应对箱梁结构弹塑性受力性能的影响。 （3）反复车载作用下预应力混凝土箱梁承载能力试验研究 预应力混凝土桥梁疲劳问题类型及失效机理的归纳整理；研究了预应力混凝土箱梁疲劳承载能力试验技术，分析了构件设计方法，试验测试技术；研究了箱梁开裂后疲劳荷载作用下的刚度退化模型和承载能力退化模型，初步探讨了承载力评价指标（即模型参数）与循环加载周期的相关性和置信区间分布。 主要经济技术指标： （1）综合开发了预应力混凝土箱梁桥精细化数值模拟方法，编制了预应力混凝土箱梁桥全过程非线性分析软件BNAS。程序采用了采用了基于实体等参退化壳与杆单元的组合单元形式模拟预应力混凝土箱梁结构，其中混凝土、普通钢筋采用分层退化壳元，预应力束则选择杆单元模拟；并结合了预应力混凝土材料非线性的相关理论、施工过程和预应力损失的模拟。 （2）揭示了预应力混凝土箱梁桥弹塑性受力状态下的承载力演变机理，发现了桥梁安全系数、等效塑性应变等评价指标的变化特点。 （3）揭示了预应力混凝土箱梁腹板开裂后的疲劳性能演变规律，发现了裂缝宽度等参数随加载循环周期的变化。 （4）建立了预应力混凝土箱梁刚度退化模型，确定了模型参数a、b、c与荷载循环周期的相关性及对应置信区间的上下限值。 （5）建立了考虑刚度退化影响的预应力混凝土箱梁承载力评估模型，确定了承载力与疲劳寿命比n/N的关系。 国内外同类技术比较 揭示了预应力混凝土箱梁桥弹塑性受力状态下的承载力演变机理；开展了预应力混凝土箱梁腹板开裂后的疲劳试验，揭示了预应力混凝土箱梁腹板开裂后的疲劳性能演变规律；建立了考虑疲劳效应的预应力混凝土箱梁刚度退化和承载力评估模型，并成功应用于工程实践。 成果的创造性、先进性 项目综合开发了预应力混凝土箱梁桥精细化数值模拟方法，编制了预应力混凝土箱梁桥全过程非线性分析软件，揭示了预应力混凝土箱梁桥弹塑性受力状态下的承载力演变机理，提高了计算精度和效率。开展了预应力混凝土箱梁腹板开裂后的疲劳试验，揭示了预应力混凝土箱梁腹板开裂后的疲劳性能演变规律。初步建立了预应力混凝土箱梁刚度退化模型以及考虑刚度退化影响的预应力混凝土箱梁承载力评估模型，分析了不同疲劳寿命下预应力混凝土箱梁剩余承载力计算公式，研究了预应力混凝土箱梁在疲劳试验中的承载力退化规律，并成功应用于工程实践。提出了结合实际桥梁的荷载试验、设计文件、施工、监控数据和桥梁日常管理资料，在桥梁服役期内通过实测桥梁即时刚度来预测桥梁的剩余承载能力。研究成果将为既有桥梁科学管养决策提供理论支撑，研究成果总体达到国内领先水平。
【成果前景介绍】预应力混凝土箱梁桥在40~300m的经济跨径范围内是最具有竞争力的桥型之一，有着广阔的应用前景。统计表明，在我国高等级公路上已建及在建预应力混凝土箱梁桥主跨径100m以上的数以百计，且主跨径大于200m以上的也己超过了100座。而腹板斜裂缝是该类桥型在施工期和服役期内出现的突出病害。它引起结构内力重分布，导致安全度下降，加速钢筋腐蚀，削弱桥梁耐久性，降低截面抗剪刚度，与主梁跨中持续下挠病害相互影响。 本项目根据国内外预应力混凝土箱梁桥裂缝类型、开裂成因归纳总结；综合开发了预应力混凝土箱梁桥精细化数值模拟方法，编制了预应力混凝土箱梁桥全过程非线性分析软件，该方法和程序可直接应用于预应力混凝土箱梁桥的设计、计算分析等。基于预应力混凝土箱梁疲劳试验建立了预应力混凝土箱梁刚度退化模型以及考虑刚度退化影响的预应力混凝土箱梁承载力评估模型，提出了结合实际桥梁的荷载试验、设计文件、施工、监控数据和桥梁日常管理资料，在桥梁服役期内通过实测桥梁即时刚度来预测桥梁的剩余承载能力。该方法和模型可以为职能部门对既有预应力混凝土箱梁桥进行科学管理养护决策提供技术支持，从而避免在服役期内对其进行大修大建，节约桥梁运营成本，并具有良好的经济、社会和环境等效益。 但是在取得成果的同时，也存在不足，第一，既有桥梁荷载谱的研究，需要进行更多的工作；第二，预应力混凝土箱梁疲劳试验分析需要大量构件试验参数，应继续开展相关研究，完善模型参数。
【成果登记日期】2013-06-23
【成果属性】
【推荐单位】丽水市公路局
【成果体现形式】其它
【鉴定/评价单位】浙江省交通运输厅
【成果研究形式】与院校或院所合作
【鉴定/评价日期】2013-06-23
【成果推广形式】
【成果内容简介】主要研究内容： （1）预应力混凝土箱梁桥开裂成因分析 国内外预应力混凝土箱梁桥裂缝类型、开裂成因归纳总结；研究了典型预应力混凝土连续箱梁桥腹板开裂成因；进一步研究了腹板厚度、竖向预应力损失等相关参数对箱梁斜截面抗裂性和抗剪承载能力的影响。 （2）预应力混凝土箱梁桥材料非线性研究 预应力混凝土箱梁材料非线性理论，包括混凝土和钢筋本构关系、非线性有限元分析的数值算法等方面的整理归纳；研究基于实体退化壳与杆单元的组合单元模型、分段施工过程模拟和预应力损失考虑，开发了预应力混凝土箱梁桥全过程非线性分析软件。进行预应力混凝土箱梁腹板极限承载力分析，研究预应力配置大小、混凝土徐变效应对箱梁结构弹塑性受力性能的影响。 （3）反复车载作用下预应力混凝土箱梁承载能力试验研究 预应力混凝土桥梁疲劳问题类型及失效机理的归纳整理；研究了预应力混凝土箱梁疲劳承载能力试验技术，分析了构件设计方法，试验测试技术；研究了箱梁开裂后疲劳荷载作用下的刚度退化模型和承载能力退化模型，初步探讨了承载力评价指标（即模型参数）与循环加载周期的相关性和置信区间分布。 主要经济技术指标： （1）综合开发了预应力混凝土箱梁桥精细化数值模拟方法，编制了预应力混凝土箱梁桥全过程非线性分析软件BNAS。程序采用了采用了基于实体等参退化壳与杆单元的组合单元形式模拟预应力混凝土箱梁结构，其中混凝土、普通钢筋采用分层退化壳元，预应力束则选择杆单元模拟；并结合了预应力混凝土材料非线性的相关理论、施工过程和预应力损失的模拟。 （2）揭示了预应力混凝土箱梁桥弹塑性受力状态下的承载力演变机理，发现了桥梁安全系数、等效塑性应变等评价指标的变化特点。 （3）揭示了预应力混凝土箱梁腹板开裂后的疲劳性能演变规律，发现了裂缝宽度等参数随加载循环周期的变化。 （4）建立了预应力混凝土箱梁刚度退化模型，确定了模型参数a、b、c与荷载循环周期的相关性及对应置信区间的上下限值。 （5）建立了考虑刚度退化影响的预应力混凝土箱梁承载力评估模型，确定了承载力与疲劳寿命比n/N的关系。 国内外同类技术比较 揭示了预应力混凝土箱梁桥弹塑性受力状态下的承载力演变机理；开展了预应力混凝土箱梁腹板开裂后的疲劳试验，揭示了预应力混凝土箱梁腹板开裂后的疲劳性能演变规律；建立了考虑疲劳效应的预应力混凝土箱梁刚度退化和承载力评估模型，并成功应用于工程实践。 成果的创造性、先进性 项目综合开发了预应力混凝土箱梁桥精细化数值模拟方法，编制了预应力混凝土箱梁桥全过程非线性分析软件，揭示了预应力混凝土箱梁桥弹塑性受力状态下的承载力演变机理，提高了计算精度和效率。开展了预应力混凝土箱梁腹板开裂后的疲劳试验，揭示了预应力混凝土箱梁腹板开裂后的疲劳性能演变规律。初步建立了预应力混凝土箱梁刚度退化模型以及考虑刚度退化影响的预应力混凝土箱梁承载力评估模型，分析了不同疲劳寿命下预应力混凝土箱梁剩余承载力计算公式，研究了预应力混凝土箱梁在疲劳试验中的承载力退化规律，并成功应用于工程实践。提出了结合实际桥梁的荷载试验、设计文件、施工、监控数据和桥梁日常管理资料，在桥梁服役期内通过实测桥梁即时刚度来预测桥梁的剩余承载能力。研究成果将为既有桥梁科学管养决策提供理论支撑，研究成果总体达到国内领先水平。
【成果前景介绍】预应力混凝土箱梁桥在40~300m的经济跨径范围内是最具有竞争力的桥型之一，有着广阔的应用前景。统计表明，在我国高等级公路上已建及在建预应力混凝土箱梁桥主跨径100m以上的数以百计，且主跨径大于200m以上的也己超过了100座。而腹板斜裂缝是该类桥型在施工期和服役期内出现的突出病害。它引起结构内力重分布，导致安全度下降，加速钢筋腐蚀，削弱桥梁耐久性，降低截面抗剪刚度，与主梁跨中持续下挠病害相互影响。 本项目根据国内外预应力混凝土箱梁桥裂缝类型、开裂成因归纳总结；综合开发了预应力混凝土箱梁桥精细化数值模拟方法，编制了预应力混凝土箱梁桥全过程非线性分析软件，该方法和程序可直接应用于预应力混凝土箱梁桥的设计、计算分析等。基于预应力混凝土箱梁疲劳试验建立了预应力混凝土箱梁刚度退化模型以及考虑刚度退化影响的预应力混凝土箱梁承载力评估模型，提出了结合实际桥梁的荷载试验、设计文件、施工、监控数据和桥梁日常管理资料，在桥梁服役期内通过实测桥梁即时刚度来预测桥梁的剩余承载能力。该方法和模型可以为职能部门对既有预应力混凝土箱梁桥进行科学管理养护决策提供技术支持，从而避免在服役期内对其进行大修大建，节约桥梁运营成本，并具有良好的经济、社会和环境等效益。 但是在取得成果的同时，也存在不足，第一，既有桥梁荷载谱的研究，需要进行更多的工作；第二，预应力混凝土箱梁疲劳试验分析需要大量构件试验参数，应继续开展相关研究，完善模型参数。
【成果登记日期】2013-06-23
