變高度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁底板崩裂破壞橋梁修復(fù)施工技術(shù)研究

1、東南大學(xué)博士學(xué)位論文變高度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁底板崩裂破壞橋梁修復(fù)施工技術(shù)研究姓名：劉家彬申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：結(jié)構(gòu)工程指導(dǎo)教師：郭正興20071201摘要變高度預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁底板崩裂破壞橋梁修復(fù)施工技術(shù)研究博士研究生：劉家彬?qū)煟汗d教授目前，大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)粱橋和連續(xù)剛構(gòu)橋橫截面絕大部分為箱形截面，且以單箱單室截面居多。近年來為滿足通行量的需要。箱粱截面越來越寬。為滿足通航凈空、美觀功能以及符合受力等要求，跨線、跨河橋箱粱設(shè)計成交高度形式，粱底的線形為圓曲線、拋物線、半立方拋物線等，所以變高度寬箱梁橋也因此帶來了諸多問題，在箱梁主跨跨中，為抵抗恒載和活載產(chǎn)生的正彎矩，在跨中、合攏段

2、隨著箱梁底板的線型布置了底板預(yù)應(yīng)力柬，垂直平面內(nèi)具有一定的曲率，張拉底板預(yù)應(yīng)力束后，產(chǎn)生向下的附加徑向荷載，加之截面較寬，容易誘發(fā)箱粱底板崩裂、開裂。近幾年在橋梁施工中出現(xiàn)了多起這樣的事故，為此本文以南京、無錫兩座底板崩裂橋粱為背景，研究底板崩裂及開裂破壞的原因、影響因素、修復(fù)設(shè)計、修復(fù)施工方案設(shè)計、修復(fù)施工工藝設(shè)計、修復(fù)施工監(jiān)測和修復(fù)成橋的動靜載試驗等問題，為避免和修復(fù)此類事故橋梁提供參考和建議。主要研究內(nèi)容為：針對變高度混凝土箱梁橋張拉預(yù)應(yīng)力束過程中出現(xiàn)的底板崩裂現(xiàn)象，應(yīng)用大型軟件建立空間模型，設(shè)計預(yù)應(yīng)力作用的模擬方法，分析底板預(yù)應(yīng)力束張拉后的空間效應(yīng)，研究變高度箱梁橋在預(yù)應(yīng)力和自重狀態(tài)下

3、箱粱底板的應(yīng)力分布規(guī)律，其中箱粱底板的豎向、橫向應(yīng)力過大是導(dǎo)致底板崩裂破壞的主要原因，并分析了引起變高度箱梁底板豎向、橫向應(yīng)力過大的原因主要為；徑向力、孔道偏差、節(jié)段之間高差、非預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置等，由此提出了改進設(shè)計措施。同時結(jié)合空間模型和計算分析，研究了跨中底板預(yù)應(yīng)力束的布置形式、變高度粱底線形分析、跨中加設(shè)橫隔板和加厚底板、以及波紋管最小旖工凈間距對箱粱底板的內(nèi)力影響，在此基礎(chǔ)上提出了變高度箱梁的設(shè)計建議、設(shè)計流程和構(gòu)造改進措施，提出了最小波紋管間距計算公式。為快速、安全地修復(fù)底板破壞箱梁的橋梁，提出了修復(fù)設(shè)計建議提出了放張已張拉完成的底板預(yù)應(yīng)力束，切除箱梁破壞的底板，重新澆筑新底板的修復(fù)總體

4、施工方案。應(yīng)用改進的有限元軟件建立空間模型，以底板崩裂破壞的無錫某橋為背景，對總體修復(fù)施工過程進行了仿真模擬分析，分析研究修復(fù)底板崩裂橋梁的三種修復(fù)實施施工方案，根據(jù)分析的保留腹板、底板的應(yīng)力分布特點，最終確定了合龍段切開、再切除底板、對腹板進行吊拉的修復(fù)實施方案。并設(shè)計了相應(yīng)的施工工藝和嚴(yán)格的施工順序，制定了各施工過程的注意事項和具體措施。底板破壞箱梁修復(fù)工程新澆混凝土結(jié)合面位于保留箱梁腹板之下、新澆混凝土的上表面（這種情況本文定義為逆向澆筑新老混凝土結(jié)合面），由于新澆混凝土的表面泌水、振搗后灰漿上浮、初凝前的塑性沉陷，嚴(yán)重影響結(jié)合面的混凝土的整體性和抗剪能力。所以針對逆向澆筑腹板與底板新老

5、混凝土結(jié)合面問題，提出了符合底板修復(fù)技術(shù)要求的混凝土施工方案。在分析混凝土收縮、泌水、沉陷的影響因素和優(yōu)選原材料的基礎(chǔ)上，提出了低收縮、低泌水、低沉陷混凝土的理念和配合比設(shè)計思想及方法，并推導(dǎo)了計算公式。在研究混凝土拌合料和混凝土收縮性能基礎(chǔ)上，設(shè)計了滿足這種特殊結(jié)合面要求的最優(yōu)混凝土配合比；提出了腹板老混凝土的界面處理方案；設(shè)計了腹板混凝土界面的新穎的空間齒型；根據(jù)逆向澆筑混凝土的特點，設(shè)計了新老混凝土結(jié)合面喇叭口形支模以及底模吊拉方法，結(jié)合優(yōu)化的混凝土配合比設(shè)計，解決了結(jié)合面新澆混凝土的塑性沉陷問題。東南大學(xué)博士學(xué)位論文為了驗證按照本文提出的修復(fù)施工方案完成的逆向澆筑新老混凝土結(jié)合面的抗剪

6、能力是否滿足設(shè)計和規(guī)范要求，根據(jù)本文研究設(shè)計的混凝土施工方案。設(shè)計、制作了多組二維型直剪試件和新穎的三維型箱梁實體試件，并設(shè)計了大噸位的加載方案進行了抗剪能力對比試驗，研究逆向澆筑混凝土結(jié)合面抗剪性能。模擬施工工況的有筋有槽試件和箱粱實體模擬試件研究結(jié)果表明，逆向澆筑的新老混凝土結(jié)合面無氣泡、無孔隙、無縫隙，混凝土整體性良好，模型試件的抗剪承載能力滿足設(shè)計要求。根據(jù)研究結(jié)果和相關(guān)資料提出有筋有槽的新老混凝土結(jié)合面的開裂前承載能力計算公式。在修復(fù)旌工過程中，結(jié)構(gòu)受力和變形較為復(fù)雜，為保證施工過程中整個橋梁的安全，研究設(shè)計了嚴(yán)密的監(jiān)測方案，根據(jù)修復(fù)施工方案的工況和工序，全程測試修復(fù)施工過程中箱粱應(yīng)

7、力、撓度數(shù)據(jù)，及時分析、處理，實現(xiàn)了信息化施工。測試結(jié)果表明，施工過程中箱梁監(jiān)控截面內(nèi)力和撓度變形，均在預(yù)控范圍內(nèi)。為了對采用本文提出的修復(fù)加固方案完成的橋梁進行承載力的評定，檢測橋梁整體受力性能是否滿足設(shè)計和規(guī)范要求，根據(jù)修復(fù)完成橋梁的結(jié)構(gòu)特點和修復(fù)施工過程設(shè)計了靜動載試驗方案，重點對修復(fù)底板破壞節(jié)段的箱梁加載進行試驗研究，同時考慮主橋中跨破壞和修復(fù)過程中對整個橋梁承載能力的影響，對邊跨的箱梁截面也進行了試驗研究，并對試驗數(shù)據(jù)、試驗結(jié)果進行了科學(xué)的分析。修復(fù)施工過程中的施工監(jiān)測數(shù)據(jù)和成橋靜動載試驗的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，修復(fù)后橋梁的結(jié)構(gòu)性能符合設(shè)計和使用要求。關(guān)鍵詞：變高度箱梁預(yù)應(yīng)力底板崩裂徑向

8、力修復(fù)施工新老混凝土結(jié)合面施工監(jiān)控動載試驗靜載試驗：，、，、，奴，蚰髓，增鼬，：，。廿瞄、仃，芑，單，、），帆，拄，。，叻懶峙伽虹吐、，東南大學(xué)博士學(xué)位論文，斟喇，、，硎，艴，】，：鯽，礎(chǔ)塔，甜，￥，口，（，托：母閨東南大學(xué)學(xué)位論文獨創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。盡我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得東南大學(xué)或其它教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。東南大學(xué)學(xué)位論文使用授權(quán)聲明東南大學(xué)、中國科學(xué)

9、技術(shù)信息研究所、國家圖書館有權(quán)保留本人所送交學(xué)位論文的復(fù)印件和電子文檔，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。除在保密期內(nèi)的保密論文外，允許論文被查閱和借閱，可以公布（包括刊登）論文的全部或部分內(nèi)容。論文的公布（包括刊登）授權(quán)東南大學(xué)研究生院辦理。研究生魏粵翩鸛盧日期一第一章緒論第一章緒論箱形結(jié)構(gòu)橋概述箱形結(jié)構(gòu)的特點在鋼筋混凝土粱式橋中，簡支梁、懸臂梁與連續(xù)梁是三種古老的梁式結(jié)構(gòu)體系，早為人們所采用。在近年國內(nèi)外修建的梁式橋梁結(jié)構(gòu)中，箱形粱占了絕大多數(shù)。大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)體系梁橋通常就是采用箱形截面形式。早在過去的幾十年，由于箱形截面具有良好的

10、結(jié)構(gòu)性能，箱形粱橋在國內(nèi)外得到了極其廣泛的使用。尤其是高性能混凝土材料及高強度預(yù)應(yīng)力材料的出現(xiàn)，為箱粱的使用提供了廣闊的前景。箱形結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，早在航空工業(yè)中有所展現(xiàn)。與其它粱橋相比，箱梁橋具有許多的優(yōu)越性，其具體體現(xiàn)在以下七個方面【卜【】（）截面抗扭剛度大，結(jié)構(gòu)在施工與使用過程中都具有良好的穩(wěn)定性：（）頂板和底板都具有較大的混凝土面積，能有效地抵抗正負彎矩，并滿足配筋的要求，適應(yīng)具有正負彎矩的結(jié)構(gòu)；（）適應(yīng)現(xiàn)代化施工方法的要求，如懸臂施工法、頂推法等，這些施工方法要求截面必須具備較厚的底板；（）承重結(jié)構(gòu)與傳力結(jié)構(gòu)相結(jié)合，使各部件共同受力，達到經(jīng)濟效果，同時截面效率高，并適合預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)空問

11、布束，更加收到經(jīng)濟效果；（）對于寬橋，由于抗扭剛度大，跨中無需設(shè)置橫隔板就能獲得滿意的荷載橫向分布；（）適合修建曲線橋，具有較大的適應(yīng)性；（）能很好適應(yīng)布置管線等公共設(shè)施。箱形結(jié)構(gòu)橋的應(yīng)用。箱形截面早期應(yīng)用于普通鋼筋混凝土懸臂粱橋和連續(xù)梁橋，般采用在支架上現(xiàn)澆施工，二十世紀(jì)二十年代末，預(yù)應(yīng)力技術(shù)的成功，極大地改善和加強了混凝土結(jié)構(gòu)，而五十年代后，由于在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的施工方法中引入了傳統(tǒng)鋼橋的懸臂拼裝施工法，并針對預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的一些特點。對之加以改進和發(fā)展，促使預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋中的連續(xù)和懸臂體系得到了迅猛發(fā)展，并形成了截面形式為箱形的連續(xù)梁橋和剛構(gòu)橋。近代由于預(yù)應(yīng)力混凝土的發(fā)展，同時由

12、于現(xiàn)代施工技術(shù)的進步，箱形截面更加廣泛應(yīng)用于各種現(xiàn)代橋梁，而且一般采用無支架施工。首先在梁式橋上的使用箱形截面最為普遍，據(jù)統(tǒng)計，在已建成的預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋中。當(dāng)跨徑超過后，除少數(shù)外，其橫截面大多數(shù)為箱形截面，截面有單箱單室、多箱多室、寬翼緣板倒梯形等多種形式（圖）。其結(jié)構(gòu)形式有簡支、懸臂、形剛構(gòu)、連續(xù)梁橋等。簡支梁一般為預(yù)制安裝，采用單箱或多箱式，公路橋梁最大跨徑達：鐵路橋梁則采用單箱單室等高梁，跨徑在以內(nèi)。懸臂粱橋、形剛構(gòu)橋以及連續(xù)粱橋一般采用懸臂施工方法建造，連續(xù)粱橋也可采用頂丁丁二盯丁圖箱形截面形式推法施工。這些施工方法都充分利用了箱形截面的優(yōu)越性。大跨徑粱式橋多采用變高度梁，其最大跨徑

13、已達以上。在城市高架橋中，采用梯形單箱單室截面與單柱墩配合，具有外形簡潔、美觀，橋下通視良好的優(yōu)點，得到了廣泛應(yīng)用。在現(xiàn)代斜拉橋中，也廣泛采用箱形截面，特別是對于采用單索面對，由于箱形截面的主粱抗扭剛度較大，有利于承受偏心荷載，而且也便于拉索與主粱的連接。采用三角箱的斜拉橋具有風(fēng)動力性能良好的優(yōu)點。除此之外，在拱式橋梁中，大跨徑的鋼筋混凝土拱橋大都采用箱形截面。由于箱形截面第頁東南大學(xué)博士學(xué)位論文中和軸居中，能抵抗相等的正負彎矩，適應(yīng)拱中各截面正負彎矩的變化；且抗扭剛度大，拱中應(yīng)力分布較均勻，施工穩(wěn)定性好，有利于單片成拱，便于無支架施工，拱圈截面形式可以是多箱組合，也可以的單箱室。表序號國內(nèi)外

14、部分已建大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋主跨跨徑（）橋名（橋址）橋（挪威）橋（英國）橋（英國）多瑙河橋（前南斯拉夫）橋（德國）橋（挪威）六庫怒江大橋（云南）南京長江二橋北漢橋（江蘇）蘭州市新城黃河橋（甘肅）循遷兩運京杭匿捌轎（江而）舟山響礁門大橋（浙江）佛開高速譚州大橋（廣東）武漢長江二橋引橋（湖北）德慶西江大橋（廣東）上海奉浦大橋（上海）三峽樂天溪公路大橋（湖北）橋?qū)挘ǎ┙孛嫘问絾蜗鋯问覇蜗潆p室單箱單室分離箱單箱單室單箱單室單箱單室單箱單室單箱單室分離箱單箱單室單箱單室分離箱單箱單室單箱單室單箱單室單箱單室單箱單室單箱單室表國內(nèi)外部分大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋序號橋名（橋址）主跨跨徑（）橋?qū)挘ǎ┙?/p>

15、面形式單箱單室單箱單室單箱單室單箱單室單箱單室分離箱單箱雙室單箱單室單箱單室單箱單室單箱單室單箱單室分離箱單箱單室單箱單室單箱雙室單箱單室單箱單室橋（挪威）桑達伊橋（挪威）橋（挪威）橋（澳大利亞）門道橋（澳大利亞）橋（美國）虎門大橋輔杭運橋（廣東）杭州錢江下沙大橋（浙江）廣西布柳河大橋（廣西）黃石長江大橋（湖北）瀘州長江大橋（四川）江津長江大橋（重慶市）南澳跨海大橋（廣東）濟南黃河二橋（山東）馬鞍石嘉陵江大橋（重慶市）華南大橋（廣州）隨著交通量的快速增長，車速提高，人們出行希望有快速、舒適的交通條件，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱粱橋能適應(yīng)這一需要。它具有橋面接縫少、梁高小、剛度大、整體性強，外形美觀，便

16、于養(yǎng)護等。連續(xù)剛構(gòu)橋也是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋之一，一般采用變截面箱梁。我國公路系統(tǒng)從年中期開始設(shè)計、建造連續(xù)剛構(gòu)橋，至今方興未艾。由于連續(xù)剛構(gòu)受力和使用上的特點，在設(shè)計大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土橋時，優(yōu)先考慮這種橋形。當(dāng)然，橋墩較矮時，這種橋型受到限制。第頁第一章緒論因此箱形截面在連續(xù)粱橋和連續(xù)剛構(gòu)橋應(yīng)用的最為普遍，表、分別統(tǒng)計了已建國內(nèi)外部分大跨連續(xù)梁橋和連續(xù)剛構(gòu)橋?；炷料淞簶虻难芯勘”谙淞簡蜗鋯问蚁湫谓孛婺苓m應(yīng)各種使用條件特別適合于預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋、變寬度橋。箱梁截面布置的形式主要與橋?qū)捰嘘P(guān)，可以布置為單箱單室、單箱雙室（或多室）、分離箱，早期為矩形箱，逐漸發(fā)展成斜腰板的梯形箱。單箱單室截面

17、受力明確、施工方便、材料用量小，是目前采用最廣泛的懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋中最常用的截面形式。我國高速公路上的橋梁，大多采用分離式的單箱單室箱形截面，單幅橋?qū)捲谝詢?nèi)，在構(gòu)造上和施工上都比較方便。與目前廣泛使用的箱梁結(jié)構(gòu)相比，早期的箱形橋設(shè)計是比較保守的。主要表現(xiàn)在早期箱梁的頂?shù)装搴透拱宥枷喈?dāng)厚，單箱單室只用在橋面較窄的箱粱橋上，而較寬的箱梁橋上多采用單箱多室或多箱多室。早期箱形橋截面形式與一般的截面結(jié)構(gòu)形式相比優(yōu)點不甚顯著。隨著現(xiàn)代施工技術(shù)的發(fā)展和新材料的運用，國內(nèi)外的學(xué)者對剪力滯等問題開展了研究，創(chuàng)造出許多新的理論，直接用于解決工程實際問題。工程設(shè)計人員對于箱形粱在恒載、活載等荷載作用下

18、的剪滯效應(yīng)等有了比較全面的認(rèn)識，因而在工程設(shè)計中，單箱單室的薄壁寬箱梁應(yīng)用的范圍越來越廣泛。箱形截面的結(jié)構(gòu)形式已朝著寬翼薄腹單箱單室發(fā)展，而同時寬翼薄腹單箱單室箱形結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍不僅限于梁橋，而且也用于拱橋、斜拉橋等結(jié)構(gòu)體系。由于三向（即縱向、橫向、豎向）預(yù)應(yīng)力的應(yīng)用，寬凳薄腹的箱梁截面收到了良好的經(jīng)濟效果。在國外，工程上單箱單室的截面形式應(yīng)用越來越多，在進行方案比選時一般優(yōu)先考慮寬翼薄腹箱梁截面。國外的橋，橋面總寬為，采用單箱單室截面形式，腹板間距達，兩邊各懸挑。德國的橋是橋墩高的高架多跨連續(xù)梁橋，跨徑布置為（，橋面寬，僅用寬單箱截面，箱外挑出長挑臂，每隔有一斜撐支承懸臂橋面板。而國內(nèi)近些年

19、來，單箱單室的箱粱橋也得到廣泛的使用。已建成的舟山響礁門大橋橋面總寬為，江津長江大橋單箱單室斷面橋面總寬為。表列出典型的國內(nèi)外箱形截面具體使用的比例。表國內(nèi)外箱形截面使用情況形式連續(xù)梁橋比例單箱單室單箱多室多室箱連續(xù)剛構(gòu)橋比例。薄壁箱梁空間受力分析方法針對薄壁箱粱這樣的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，要弄清楚其受力特點及結(jié)構(gòu)特性，尤其是其橫截面局部應(yīng)力的分析，按平面桿系來分析是不全面和不精確的，故只有對其進行空間受力分析。關(guān)于箱梁的空間受力分析方法，國內(nèi)外有很多學(xué)者做了大量的研究”】。歸納起來可分為兩類：分析法和數(shù)值法，分析法主要是指彈性解析理論及相關(guān)的近似方法，數(shù)值法則包括數(shù)值解析法和有限元法等。（）分析法關(guān)于薄

20、壁箱粱的變形特性，國內(nèi)外迄今己經(jīng)作了大量的研究。在這些研究中，符拉索夫（）的著作對后來的研究方向起了很大的影響。至今，薄壁箱梁的彈性解析理論基本趨于定型，在原有的初等粱理論的基礎(chǔ)上補充了剪切變形、約束扭轉(zhuǎn)翹曲變形、剪力滯和畸變等因素的影響，以使得解析理論更合理地反映薄壁箱粱結(jié)構(gòu)的固有變形特性。另外在計算薄壁箱梁時也有將其按板來計算的彈性薄板解析理論，如計算橋面板以考慮箱梁的局部荷載引起的橫向彎曲效應(yīng)。還有比擬板理論，該理論將箱梁看成是構(gòu)造正交異性板結(jié)構(gòu)，其彎曲平衡方程與材料正交異性板彎曲平衡微分方程相第頁東南大學(xué)博士學(xué)位論文同，差別在于抗彎與抗扭比擬剛度根據(jù)所分析的對象不同而有不同的比擬方法。

21、按構(gòu)造正交異性板來分析板橋、肋粱橋和箱梁橋，除廣泛應(yīng)用到荷載橫向分布計算之外，在中小跨徑橋梁的精確計算和鋼橋面板計算中也被采用。解析方法常規(guī)解題思路是在計算前引入某些基本計算假定，如對于初等粱引入平截面假定，對于彈性薄板引入小撓度、直法線以及忽略垂直板面方向的正應(yīng)力假定，即克希霍夫假定。然后根據(jù)幾何方程、物理方程、平衡條件以及邊界條件得到關(guān)于位移未知分量（或應(yīng)力未知分量）的平衡微分方程。對于平面應(yīng)力狀態(tài)或復(fù)雜的空間應(yīng)力狀態(tài)問題，當(dāng)平衡方程建立困難時，可利用差分法或能量變分原理（變分法）來建立包含未知分量的差分方程或變分方程。（）數(shù)值法各種經(jīng)典薄壁箱粱空間分析解析理論，方法巧妙，計算結(jié)果精確，但

22、失之于計算繁瑣，且一般不能同時考慮各種基本變形，也不便于分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展及普及，數(shù)值方法已成為解決復(fù)雜工程問題行之有效的方法。數(shù)值分析法主要有有限段法、有限元法等。有限段法：有限段法，實質(zhì)上是一種半解析半有限元法。該法是在原有初等梁所考慮的個基本位移自由度的基礎(chǔ)上，通過增加不同的位移自由度數(shù)目以考慮箱梁的扭轉(zhuǎn)翹曲、剪切滯后和畸變變形的一種或幾種。考慮約束扭轉(zhuǎn)的薄壁梁單元，其增加的節(jié)點位移自由度包括斷面的扭轉(zhuǎn)角及翹曲位移，而這兩個位移自由度是通過求解箱梁的翹曲扭轉(zhuǎn)基本微分方程得到的解析解?？紤]剪滯效應(yīng)的薄壁梁單元，其增加的節(jié)點位移自由度包括截面的上翼板最大相對剪切轉(zhuǎn)角位移差

23、，而這個節(jié)點自由度是運用虛功原理通過求解考慮剪滯影響的單元基本微分方程而得到的。箱粱畸變變形所對應(yīng)的位移自由度包括斷面的畸變角和畸變翹曲，也是由求解畸變微分方程得到的解析解。對于直線梁彎曲變形和扭轉(zhuǎn)變形之間相互不偶聯(lián)，故由考慮箱梁上面各種效應(yīng)得到的單元剛度矩陣可作線性疊加。有限元法：到目前為止，有限段元法的研究理論多以符拉索夫、烏曼斯基等的薄壁桿件理論為基礎(chǔ)，屬傳統(tǒng)的彈性力學(xué)方法范疇，其對于預(yù)應(yīng)力效應(yīng)的考慮只能是近似的，常用等效荷載法，較難準(zhǔn)確模擬三向預(yù)應(yīng)力狀態(tài)，故其應(yīng)用有一定的局限性。眾所周知，有限元法是近幾十年來隨著電子計算機的廣泛應(yīng)用而發(fā)展起來的數(shù)值解法，它具有極大的通用性和靈活性，因而

24、可以用來求解各種復(fù)雜結(jié)構(gòu)型式及邊界的箱梁結(jié)構(gòu)，同時其模擬復(fù)雜預(yù)應(yīng)力也較為方便。用于箱梁結(jié)構(gòu)的常用單元有梁單元、板殼元和塊體元等。變高度箱梁施工階段底板開裂、崩裂問題研究現(xiàn)狀箱梁底板崩裂、開裂的原因研究隨著交通量的快速增長，車速提高，人們出行希望有快速、舒適的交通條件，預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋能適應(yīng)這一需要。它具有橋面接縫少、梁高小、剛度大、整體性強，外形美觀，便于養(yǎng)護等特點，因此在橋梁設(shè)計中得到廣泛應(yīng)用。其中箱梁變高度的連續(xù)剛構(gòu)橋也是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋之一，我國公路系統(tǒng)從年中期開始設(shè)計、建造連續(xù)剛構(gòu)橋，至今方興未艾。箱粱橋可以是變高度，也可以是等高度。從美觀上看，有較大主孔和邊孔的三跨箱梁橋，

25、采用變高度箱梁較美觀，其中連續(xù)剛構(gòu)橋是最常采用變截面、變高度箱粱。由于連續(xù)剛構(gòu)受力和使用上的特點，在設(shè)計大跨徑、高墩預(yù)應(yīng)力混凝土橋時一般采用這種橋形。但近幾年來發(fā)現(xiàn)變高度箱梁橋型的底板裂縫病害越來越多，特別在施工階段預(yù)應(yīng)力張拉過程中，底板易出現(xiàn)有害裂縫或底板混凝土向下崩裂現(xiàn)象，危害橋梁與交通安全，這個問題也引起了眾多學(xué)者、專家的關(guān)注。包立新、楊廣來和楊文軍分析了一座主跨的連續(xù)剛構(gòu)橋底板混凝土向下崩裂的原因。該橋箱梁底板寬，主跨跨中底板厚度，在施工過程中底板混凝土向下崩出，預(yù)應(yīng)力鋼筋下移。分析認(rèn)為底板混凝土崩裂的主要原因是由于底板縱向預(yù)應(yīng)力筋張拉后產(chǎn)生了很大的徑向力，徑向力主要由箍筋承受，而箍筋

26、間距。間距過大，箍筋應(yīng)力超限，底板上下層鋼筋網(wǎng)被撕開，導(dǎo)致底板混凝土向下崩出。建議在主跨跨中設(shè)置橫隔板，跨中合攏段箍筋間距采用。王仁貴、第頁第一章緒論吳偉勝認(rèn)為，鋼束產(chǎn)生的徑向力使預(yù)應(yīng)力管道下緣混凝土承受荷載作用，底板混凝土可能崩裂，建議采用大噸位柬、單層布束，鋼束中心距離底板下緣不小于。強士中、李小珍、衛(wèi)星和程海根等”“，對貴陽市中心環(huán)北線工程小關(guān)水庫特大橋合攏段底板崩裂原因提出了分析報告，主橋采甩的連續(xù)剛構(gòu)，項寬，底寬，張拉完預(yù)應(yīng)力束，發(fā)現(xiàn)底板共有個部位有向上或向下的崩出，分析認(rèn)為，預(yù)應(yīng)力管道偏離設(shè)計位置，致使底板混凝土出現(xiàn)較大局部應(yīng)力，是導(dǎo)致合攏段底板混凝土崩出的主要原因。宋雨、項貽強、

27、徐興和朱益民對一座預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋底板縱向裂縫進行了分析，該橋采用雙箱雙室截面，跨中粱高為，邊跨和中跨跨中底板厚度均為，成橋后，發(fā)現(xiàn)邊跨和中跨跨中箱粱底板存在長度不等但范圍較廣的縱向裂縫，最大寬度，分析認(rèn)為底板縱向裂縫主要由于跨中未設(shè)橫隔板、底板厚度不夠，底板中部縱向預(yù)應(yīng)力的泊松比效應(yīng)，以及施工過程中預(yù)應(yīng)力管道周圍混凝土收縮不均勻，造成底板橫向拉應(yīng)力過大（有限元計算達），導(dǎo)致底板級向裂縫。黎增豐等對潭州大橋箱粱底板混凝土的開裂、崩裂事故進行了分析，該橋跨徑組合為，分析認(rèn)為底板束過多過密，且均布在底板上，長束又集中于底板中部；主跨箱粱底板不是連續(xù)曲線，由兩條曲線組成，有較大轉(zhuǎn)角，導(dǎo)致下崩力過大；

28、底板配筋存在缺陷。郭豐哲等對某特大橋主橋底板崩裂事故進行了分析，該橋全長，主橋孔跨布置采用，為跨預(yù)應(yīng)力混凝土雙肢薄壁連續(xù)剛構(gòu)橋。梁體為單箱雙室箱形截面，粱頂寬，底寬，根部高，跨中高。根據(jù)施工單位提供的資料，在全橋合攏后張拉箱粱底板合攏段縱向預(yù)應(yīng)力束的過程中，、硝、合攏段及附近底板等部位先后不同程度向上或向下崩裂。分析認(rèn)為主要原因是預(yù)應(yīng)力管道偏離設(shè)計位置致使底板混凝土現(xiàn)較大局部應(yīng)力。文獻】也對分別對幾座變高度的預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱粱橋的底板崩裂、裂縫事故進行了分析。對底板崩裂的橋梁如何處理、如何修復(fù)施工，以上部分文獻有所提及，主要采取保留底板破壞段的箱粱腹板，鑿除底板或鑿除部分底板混凝土，重新綁扎鋼筋，

29、澆筑底板，對預(yù)應(yīng)力束還未張拉的另半幅采取加固措施”。文獻對招寶山大橋底板壓潰箱梁采取拆除的方法處理，對于開裂的箱梁底板部分采取加固的措施。最近無錫、南京兩座單箱單室寬箱梁橋又相繼發(fā)生的底板崩裂事故，引起了筆者的深入思考：這說明底板崩裂不是偶然事件，說明工程施工、設(shè)計人員還沒有真正、全面認(rèn)識到底板崩裂的成因：存在著變高度寬箱粱橋能否適應(yīng)大噸位預(yù)應(yīng)力束，腹板間距最多應(yīng)該多大，預(yù)應(yīng)力束應(yīng)如何科學(xué)布置、箱粱粱底曲線如何確定等諸多疑問，這些都是平面桿系程序無法考慮的，需要用空間有限元程序?qū)ο淞恢匾课蛔鞒鲈敿毜姆治觯涸趯嶋H工程中發(fā)生此類事件，怎樣才能采取最合理最迅速的修復(fù)施工措施，修復(fù)底板崩裂的橋梁，盡

30、量減少各種損失。關(guān)于如何解決處理底板崩裂事故方面有關(guān)文獻研究不多，對施工過程研究更少，本文涉及的南京、無錫兩座橋出現(xiàn)底板崩裂問題，處理過程前后經(jīng)歷近一年的漫長時間，給參與各方造成了重大損失。筆者參與了南京、無錫這兩座底板崩裂的變高度箱梁橋的原因分析、施工修復(fù)方案的研究、施工修復(fù)過程的監(jiān)控和動靜載試驗，本文將結(jié)合這兩座橋的破壞事故系統(tǒng)地研究變高度箱梁橋底板崩裂系列問題，為處理、設(shè)計類似的問題提供參考。新老混凝土結(jié)合面研究箱粱底板混凝土崩裂后，需鑿除重新澆筑混凝土，將面臨新老混凝土結(jié)合面問題，國內(nèi)外諸多學(xué)者已經(jīng)做了很多新老混凝土粘結(jié)研究工作，并取得了很多研究成果，但基本是關(guān)于常規(guī)澆筑新老混凝土結(jié)合

31、方面的，卻新老混凝土結(jié)合面位于新澆混凝土的下部、老混凝土的上部。（）粘結(jié)機理研究：對于新老混凝土粘結(jié)的微細觀機理，目前的研究主要集中在界面粘結(jié)模型和微觀結(jié)構(gòu)分析上。早期研究認(rèn)為新老混凝土是靠范德華力、機械咬合力、表面張力等各種各樣的第頁東南大學(xué)博士學(xué)位論文物理力來粘結(jié)的；粘結(jié)是一種熱力學(xué)行為”。最近的研究認(rèn)為新老混凝土粘結(jié)界面結(jié)構(gòu)可分為擴散層、強效應(yīng)層（接觸區(qū)）和弱效應(yīng)層三個區(qū)域，其界面的粘結(jié)作用力主要是機械咬合力。通過掃描電鏡觀察和能譜分析，研究了界面的微觀結(jié)構(gòu)及其與宏觀粘結(jié)性能的關(guān)系?！啊蔽墨I認(rèn)為新老混凝土是一疊層復(fù)合材料，老混凝土界面水飽和程度、老混凝土粘結(jié)面上粗骨料周圍的過渡層及新混凝

32、土收縮微裂縫是新老混凝土粘結(jié)強度降低的主要因素。文獻指出界面過渡區(qū)的性能主要取決于混凝土材料組成的性質(zhì)及它們之間的相互作用。認(rèn)為由于界面過渡區(qū)晶體富有取向性，晶體平均尺寸較大，空隙尺寸和孔隙率也較大，即界面存在著大量有缺陷的疏松網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這是形成薄弱層界面的主要物理化學(xué)原因之一。文獻認(rèn)為在同樣的受力條件下。新舊混凝土的結(jié)合面比較薄弱，可能是以下幾方面原因：（）新舊混凝土接觸界面存在一個類似于整澆混凝土中骨料與水泥石之間的界面過渡區(qū)，而這個過渡區(qū)是一個薄弱環(huán)節(jié)。（）新舊混凝土表面的孔隙和凹凸不平部分，容易形成“缺漿”現(xiàn)象，從而在新舊混凝土界面形成空隙，降低了新舊混凝土的粘結(jié)強度。文獻認(rèn)為新老混凝

33、土之間存在界面過渡區(qū)，當(dāng)界面過渡區(qū)中孔洞較多時，將對界面粘結(jié)產(chǎn)生極為不利的影響。文獻認(rèn)為新舊混凝土的界面存在類似于混凝土中骨料與水泥石接觸的這樣一個過渡區(qū)，而這恰恰是三相中最薄弱的界面層。文獻從斷裂力學(xué)角度對新老混凝土的粘結(jié)機理進行了分析。（）影響粘結(jié)強調(diào)因素的研究：新老混凝土界面粘結(jié)效果的優(yōu)劣受許多因素影響，根據(jù)相關(guān)文獻研究試驗結(jié)果。老混凝土界面粗糙度、界面劑種類、新混凝土強度、結(jié)合界面的方位、粘結(jié)齡期等是主要影響因素。經(jīng)過表面處理的老混凝土界面，其粘結(jié)效果優(yōu)于未處理前的老混凝土界面，提高幅度可達。老混凝土界面粗糙度越大，新老混凝土的粘結(jié)性能越好。但把老混凝土界面處理得粗糙也要適當(dāng)”。在經(jīng)過

34、粗糙度處理后的老混凝土界面涂刷界面粘結(jié)劑可提高新老混凝土粘結(jié)性能，提高的幅度隨界面劑種類的不同而有所變化”，常提高幅度可達。目前常用的界面劑有水泥凈漿、水泥砂漿、水泥膨漿等水泥漿類及聚合物無機膠類界面劑”“”?！?，界面劑的厚度不超過“，以為宜，但目前已有各種組分的界面劑投入使用，但使用者對其效果的評價不，甚至有使用界面劑抗剪強度反而降低的情況。除了涂刷界面粘結(jié)劑來提高新老混凝土粘結(jié)性能外，還有在新老混凝土界面加設(shè)機械栓或界面插筋來增加粘結(jié)效果”。文獻研究認(rèn)為對老混凝土表面鑿毛并涂刷界面劑，新老混凝土的結(jié)合面的抗剪強度均低于整體澆筑的混凝土抗剪強度；植筋處理可以大大提高結(jié)合面的抗剪強度，可以防止

35、結(jié)合面脆性破壞；水泥漿界面劑效果最好，商品界面劑的效果低于不涂刷的效果。在老混凝土界面上補澆的新混凝土應(yīng)比老混凝土高一個強度等級“，以減小新混凝土的收縮，保證新老混凝土的粘結(jié)性能。另外，在新澆混凝土中加入碳纖維、鋼纖維、尼龍纖維和聚合物“”，或采用預(yù)鋪骨料混凝土“等，均可不同程度地減小新混凝土的收縮，提高新老混凝土的粘結(jié)性。新老混凝土的粘結(jié)方位對粘結(jié)效果有一定的影響。文獻）進行了水平和豎向兩種粘結(jié)方位對粘結(jié)效果影響的研究，文獻研究了頂面水平、底面水平、豎向、上部端斜及下部端斜等方位對粘結(jié)效果的影響。結(jié)果表明，側(cè)面和下部端斜粘結(jié)效果明顯弱于項面粘結(jié)。（）界面處理方面的研究：文獻認(rèn)為而衡量新舊混凝

36、土結(jié)合強度的標(biāo)志主要是結(jié)合面的粘結(jié)強度和抗剪強度。粘結(jié)強度取決于新舊混凝土結(jié)合面的介質(zhì)膠結(jié)劑的抗拉強度；抗剪強度取決于：）膠結(jié)劑的粘結(jié)強度高，則抗剪強度也高。）結(jié)合面的摩阻力愈大，則抗剪強度愈高。摩第頁第一章緒論阻力又取決于結(jié)合面的粗糙程度和垂直結(jié)合面的壓力。文獻建議在新舊混凝土之間涂上一層膠結(jié)劑，這種介質(zhì)能與新舊混凝土的膠體和骨料結(jié)合，而且具有不低于新舊混凝土的抗拉強度，這樣就使新舊混凝土在結(jié)合面上的抗拉強度接近，甚至超過新舊混凝土本身的抗拉強度。文獻處理新老混凝土結(jié)合面方法需掌握以下幾個原則：合理有效的表面處理；根據(jù)實際情況針對性地選擇粘結(jié)劑；嚴(yán)格控制新混凝士澆筑時間：及時的養(yǎng)護措施。文獻

37、認(rèn)為新澆混凝土應(yīng)采用低流動性、高強度等級的混凝土（一般比舊混凝土高一級為宜）。如果新澆混凝土厚度較大?？煽紤]在接觸面附近澆一層這種低流動性、高強度等級的混凝土作為過渡層。文獻認(rèn)為新舊混凝土結(jié)合面在不損傷骨料與舊混凝土粘結(jié)的前提下要經(jīng)過適當(dāng)?shù)拇植谔幚?，一是除去油污灰塵等雜物，二是增大結(jié)合面積，增大機械咬合作用。（）影響結(jié)合面抗剪強度因素研究；文獻通過試驗研究得到，影響一般混凝土與新混凝土結(jié)合性能的因素主要有結(jié)合面的租糙率、新老混凝土強度等。當(dāng)結(jié)合面粗糙率越大、鑿毛越深、新舊混凝土強度等級越高時，結(jié)合的抗剪強度越高。文獻研究認(rèn)為型抗剪試件選型合理。界面劑可以顯著提高界面的抗剪強度，水泥漿界面劑效果最好，文獻研究了凍融損傷的老混凝土的結(jié)合面對抗剪強度的影響，建議對粘結(jié)劑的耐久性如抗凍性、抗?jié)B性等試驗研究。文獻研究提出了混凝土粘結(jié)層剪切強度的理論解，確定了影響粘結(jié)層剪切強度的因素，指出適度的老混凝士粘結(jié)面粗糙度有利于提高剪切強度。文