桥梁钢绞线预应力摩阻损失分布试验研究

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中文摘要：预应力混凝土在土木工程领域，特别是在大跨度桥梁结构中应用广泛。但由于各种因素的影响，桥梁实际预应力衰减，导致一些运营中的预应力混凝土桥梁出现病害，其主要表现为跨中下挠、箱梁开裂等，严重影响了结构的安全使用且缩短了桥梁的运营寿命。因此，研究准确、便捷的预应力监测方法和可靠的预应力损失计算方法，对于保障桥梁结构的安全有重要意义。从工程实际出发，结合理论推导、试验研究、有限元分析等手段，对弯曲管道预应力摩阻损失问题开展研究，主要研究内容包括: (1)弯曲管道预应力钢绞线摩阻损失计算模型研究。基于赫兹弹性理论，指出现行规范预应力摩阻损失公式基于刚体假设，进而将接触压力简化为均匀分布，这与实际不符，并最终导致预应力损失计算结果偏低。通过分析接触压力分布形式，推导了二次抛物线形和三角函数形压力分布形式下的摩阻损失公式，对比分析了在连续弯曲与非连续弯曲两种管道类型中规范公式和推导公式的计算结果，发现推导公式在同等条件下计算的摩阻损失值大于规范公式。 (2)提出并验证实施了一种钢绞线沿程预应力分布监测方法。以郑州市索须河某桥为应用研究对象，选取目标钢绞线，在箱梁腹板监测点位置预留监测孔，采用振弦式应变计对目标钢绞线开展有效预应力监测。 (3)开展初始张拉荷载试验研究。采用几何解析法和应力监测法综合判定试验钢绞线的适宜初始张拉荷载。基于现场试验结果，并参考已有文献研究成果，提出一种适合不同长度的预应力钢绞线初始张拉荷载计算公式，可供实际工程参考。 (4)探究摩阻损失的实际分布规律。以实例预应力桥为研究对象，进行摩阻损失监测试验，以探究摩阻损失的真实分布。通过对比各阶段实测有效预应力值与规范公式计算值、推导公式计算值之间的差别，验证了推导公式在实际应用中的适用性。 (5)建立并实施了弯曲管道钢绞线和混凝土接触的数值模拟实验。借助ABAQUS有限元软件对弯曲管道中预应力钢绞线和混凝土接触行为进行仿真模拟，探究接触压力分布形式与张拉控制应力、弯曲半径、弯曲角度之间的关系;对比分析不同摩阻损失参数下的有限元数值解、规范公式解及推导公式解，进一步验证推导公式的可靠性，并给出桥梁预应力设计与施工的有关建议。

作者：

张宸

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关键词：

预应力混凝土桥梁钢绞线预应力监测摩阻损失分布特征初始张拉荷载

授予学位：

硕士

学科专业：

土木工程

导师：

宋建学

学位年度：

2024

学位授予单位：

郑州大学

语种：

中文

中图分类号：