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无碴轨道大跨度预应力混凝土桥梁后期徐变变形和控制方法研究

作　者: 曹建安
导　师: 叶梅新
学　校: 中南大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 无碴轨道大跨度预应力混凝土连续梁桥后期徐变变形控制方法
分类号: U441
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

无碴轨道因轨道稳定性、刚度均匀性和耐久性好,线路平顺性高,维修工作量显著减少等优点,在国内外高速铁路中的应用日益广泛。但无碴轨道可调量非常有限,对于特大跨度预应力混凝土桥梁,铺轨后,由于混凝土的徐变变形,引起桥梁的上拱或下挠以及轨道的不平顺性。广珠城际轨道交通容桂水道桥是一座(108+2×185+115)m无碴轨道预应力混凝土连续刚构桥,该桥之前国内外还没有在如此大跨度预应力混凝土桥梁上采用无碴轨道。本文以该桥为工程背景,通过徐变变形试验和有限元分析,对高速铁路无碴轨道大跨度预应力混凝土桥梁后期徐变变形和控制问题进行了深入、系统的研究。主要工作和创新性成果如下：1.研究了混凝土结构徐变变形计算理论和计算方法,考察了国内外规范和计算软件对于大跨度预应力混凝土桥梁徐变变形计算的适用性,确定了广珠城际轨道交通容桂水道桥后期徐变变形的计算理论和计算方法,完成了后期徐变变形的分析计算。2.完成了大量的混凝土徐变性能试验,考察了粉煤灰和矿粉等掺量对C60高性能混凝土徐变性能的影响,提出了广珠城际无碴轨道大跨度预应力混凝土桥梁混凝土配合比,并完成了现场混凝土性能试验验证。3.模拟容桂水道桥受力状态,采用现场混凝土原材料和配合比,设计、制作了3根预应力混凝土试验梁,完成了762天的徐变变形试验,研究了预应力混凝土梁徐变变形发展规律、预应力加载龄期、恒加载龄期、环境温度和湿度等因素对预应力混凝土梁后期徐变变形的影响。结果表明,适当延后预应力张拉时间和铺轨时间可有效控制无碴轨道预应力混凝土梁的后期徐变变形。4.对比研究了后期徐变变形各种控制方法的控制效果,结合容桂水道桥的实际施工条件,提出了后期徐变变形联合控制措施并应用于实桥。计算结果表明,该法可行,有效,铺轨20年后,边跨后期变形控制在12.8mmm以内,中跨后期变形控制在21.9mm以内,远小于规范规定的无碴轨道桥梁变形限值。上述部分研究成果已成功应用于广珠城际容桂水道桥的设计、施工,取得了良好的社会、经济效益。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-12
第一章绪论  12-23
  1.1 工程背景  12-13
  1.2 国内外高速铁路无碴轨道桥梁应用现状和存在的问题  13-18
    1.2.1 国内外高速铁路无碴轨道结构的发展  13-15
    1.2.2 国内外无碴轨道高速铁路桥梁应用现状  15-17
    1.2.3 无碴轨道高速铁路桥梁应用中存在的问题  17-18
  1.3 预应力混凝土结构徐变效应国内外研究现状  18-19
    1.3.1 混凝土徐变基本概念和徐变机理  18-19
    1.3.2 预应力混凝土结构徐变影响因素  19
  1.4 预应力混凝土桥梁后期变形控制需要解决的关键问题  19-21
    1.4.1 预应力混凝土结构徐变计算理论和计算方法  19-20
    1.4.2 C60高性能混凝土徐变性能试验  20-21
    1.4.3 预应力混凝土梁后期变形发展规律和影响因素  21
    1.4.4 大跨度预应力混凝土连续梁桥后期变形控制方法  21
  1.5 本文主要研究内容和思路  21-23
第二章预应力混凝土结构徐变计算理论和计算方法研究  23-50
  2.1 引言  23-24
  2.2 结构徐变变形计算理论和方法  24-28
    2.2.1 老化理论  24-25
    2.2.2 弹性徐变理论  25
    2.2.3 弹性老化理论  25-26
    2.2.4 继效流动理论  26
    2.2.5 有效模量法  26-27
    2.2.6 龄期调整有效模量法  27-28
  2.3 常用国内外规范徐变系数计算方法比较  28-33
    2.3.1 ACI-209(1982)徐变系数  28-29
    2.3.2 G-Z(1993)徐变系数  29
    2.3.3 CEB-FIP(1978)的徐变系数  29
    2.3.4 CEB-FIP(1990)的徐变系数  29-30
    2.3.5 中铁05规范的徐变系数  30
    2.3.6 中交04规范的徐变系数  30-31
    2.3.7 各种规范徐变系数的比较分析  31-33
  2.4 预应力混凝土结构徐变变形常用有限元计算软件的比较  33-49
    2.4.1 DB的徐变变形计算方法  33-34
    2.4.2 MIDAS的徐变变形计算方法  34-36
    2.4.3 不考虑预应力损失时DB和MIDAS徐变变形计算结果对比  36-38
    2.4.4 考虑预应力损失时DB和MIDAS徐变变形计算结果对比  38-43
    2.4.5 预应力混凝土结构徐变变形数值解与理论解的对比分析  43-48
    2.4.6 DB和MIDAS徐变变形计算综合对比分析  48-49
  2.5 本章小结  49-50
第三章高性能混凝土徐变性能试验研究  50-70
  3.1 引言  50
  3.2 高性能混凝土徐变试验研究现状  50-52
  3.3 高性能混凝土基本力学性能试验研究  52-59
    3.3.1 试验配合比设计  52-53
    3.3.2 混凝土流动性  53-54
    3.3.3 抗压强度  54-55
    3.3.4 劈裂抗拉强度  55-57
    3.3.5 弹性模量  57-59
  3.4 高性能混凝土徐变性能试验研究  59-64
    3.4.1 试验配合比和试验方法  59-60
    3.4.2 徐变系数  60-62
    3.4.3 徐变速率  62-63
    3.4.4 收缩应变  63-64
  3.5 掺合料对高性能混凝土徐变性能的影响分析  64-66
    3.5.1 粉煤灰的影响分析  64-65
    3.5.2 矿粉的影响分析  65-66
    3.5.3 粉煤灰和矿粉双掺的影响分析  66
  3.6 现场配比高性能混凝土力学性能试验  66-69
    3.6.1 基本力学性能  66-67
    3.6.2 徐变性能  67-68
    3.6.3 徐变系数计算值与实测值的对比  68-69
  3.7 本章小结  69-70
第四章无碴轨道预应力混凝土连续刚构桥后期变形分析  70-87
  4.1 引言  70
  4.2 容桂水道桥桥梁概况  70-73
    4.2.1 结构基本参数  70-72
    4.2.2 桥梁设计施工方案  72-73
  4.3 容桂水道桥有限元模型建立  73-75
    4.3.1 计算参数  73-74
    4.3.2 有限元模拟方法  74-75
  4.4 容桂水道桥主梁受力状态计算结果及分析  75-79
  4.5 容桂水道桥主梁后期变形计算结果及分析  79-85
    4.5.1 中铁05规范的计算结果  79-81
    4.5.2 中交04规范的计算结果  81-82
    4.5.3 两种规范主梁后期变形计算结果对比分析  82-85
  4.6 本章小结  85-87
第五章无碴轨道C60高性能预应力混凝土梁徐变试验研究  87-106
  5.1 引言  87
  5.2 预应力混凝土梁长期变形试验  87-96
    5.2.1 试验梁设计  87-91
    5.2.2 试验梁徐变变形有限元分析  91-93
    5.2.3 试验梁制作、加载、测试  93-96
  5.3 长期试验结果及分析  96-104
    5.3.1 环境温度、湿度变化规律  96-97
    5.3.2 试验梁跨中位移变化规律  97-99
    5.3.3 试验梁跨中截面混凝土表面应变变化规律  99-102
    5.3.4 预应力钢束内力的变化规律  102-104
  5.4 预应力混凝土梁后期徐变影响因素分析  104-105
    5.4.1 环境温度、湿度的影响  104
    5.4.2 预应力钢束张拉龄期的影响  104
    5.4.3 堆载龄期的影响  104-105
  5.5 本章小结  105-106
第六章无碴轨道预应力混凝土连续刚构桥梁后期变形控制方法  106-123
  6.1 引言  106
  6.2 后期变形控制原则和控制方法  106-107
    6.2.1 控制原则  106
    6.2.2 控制方法  106-107
  6.3 容桂水道桥各种后期变形控制方法效果对比  107-110
    6.3.1 不采取控制措施时的桥梁后期变形  107
    6.3.2 全桥合拢半年后铺轨的桥梁后期变形  107-108
    6.3.3 中跨预留张拉48根后张索的桥梁后期变形  108-109
    6.3.4 设计张拉12根体外索的桥梁后期变形  109
    6.3.5 三种方法的后期变形控制效果对比分析  109-110
  6.4 容桂水道桥后期变形联合控制方案比较  110-120
    6.4.1 五种联合控制方案  110-112
    6.4.2 五种联合控制方案效果对比分析  112-120
  6.5 容桂水道桥实际后期变形控制方案及其效果  120-122
  6.6 本章小结  122-123
第七章结论和展望  123-125
  7.1 本文主要研究成果  123-124
  7.2 展望  124-125
参考文献  125-136
致谢  136-137
攻读学位期间主要的研究成果  137

无碴轨道大跨度预应力混凝土桥梁后期徐变变形和控制方法研究

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