大跨径预应力混凝土箱梁桥性能退化过程及衰变机理

Aiming at the situation of continuous deflection and cracking in the mid-span of long span PC box girder bridges, this paper will carry out some theoretical researches on the mechanism of stiffness degradation, the coupling mechanism between the stress of steel strands and creep of concrete, and the structural characteristics and regularities of performance degradation in a long span PC box girder bridge. Moreover, adopting different thickness of top flange and bottom flange in 3 box girder members, the element tests will firstly proceed to study shrink effect of concrete box girder. Then a model of simply supported girder will be tested to study the Interaction relationship between the deflection and the stress of steel strands in the model. The purposes of research are as follows: Firstly, based on the typical damaged criterion, this research will explore the mechanism of cumulative damage in the whole service process of a long span PC box girder bridge. Secondly, it will learn the deterioration characteristics of effective stiffness of box girder, and recommend specific methods of stiffness evaluation. Thirdly, it will reveal the interaction relationship between concrete creep and the stress variation of steel strands under high stress of high strength concrete. Finally, the research will propose a structural damaged performance model in a long span PC box girder bridge. According to this project, we hope it will be a basis of determining the method of safety assessment, maintenance and strengthening in a long span PC box girder bridge when it has continuous deflection and cracks.

针对我国大跨径预应力混凝土箱梁桥普遍出现的跨中持续下挠和开裂的现状，深入开展大跨径预应力混凝土箱梁桥刚度退化机理、收缩、徐变作用与钢束应力变异耦合作用机理以及结构性能退化特征与规律等理论研究；开展基于不同顶底板刚度差异的混凝土箱梁构件收缩效应试验研究和恒载作用下的模型梁变形发展与钢束应力变异耦合作用机理的试验研究工作。研究目的：基于典型损伤评价指标，探索大跨径预应力混凝土箱梁全过程累计损伤演化机理，掌握结构有效刚度退化的特征及规律，明确和量化刚度评价方法，揭示大跨径预应力混凝土箱梁桥高强、高应力状态下的徐变作用与钢束应力变异之间的相互作用关系，建立大跨径预应力混凝土箱梁桥全过程结构性能损伤退化模型。研究成果将为提出在用大跨径预应力混凝土箱梁桥开裂与下挠后的安全性评估方法和确定合理的维修加固措施奠定基础。

针对我国大跨径预应力混凝土箱梁桥普遍出现的跨中持续下挠及开裂的现状，探索收缩、徐变作用与钢束应力变异之间的耦合作用规律，掌握结构刚度退化的内在动因，揭示该体系桥梁性能退化过程及衰变机理，初步建立大跨径预应力混凝土箱梁桥损伤评价体系。主要研究内容如下：.（1）根据损伤刚度理论计算出的挠度、应变及钢束应力发展规律与有限元计算结果、实际测试结果较为吻合。研究结果表明，基于损伤刚度理论的截面分析方法能够较为准确地反映既有损伤的预应力混凝土梁的受力特征，可用于该类结构全过程力学性能分析。.（2）根据参数识别及修正的思想，提出了一种基于截面内多钢束应力测试的有效预应力预测方法，并与试验梁实测预应力值进行计算对比，对比结果表明：当已知同一截面内多根钢束的有效预应力值时，该计算方法更为简洁，不易出错，且计算结果更加符合预期。.（3）以箱梁顶、底板厚度为目标参数，开展了不同箱梁截面特征下的构件收缩效应试验。结合理论分析和数值仿真，对顶、底板刚度差异下箱梁截面的收缩规律及对大跨径箱梁桥长期变形的影响进行分析。为进一步分析大跨径预应力箱梁桥刚度退化过程奠定基础。.（4）结合变化荷载作用下的混凝土构件徐变模型试验，研究了递增应力、波动应力及递减应力下混凝土徐变改进计算方法。基于现有徐变计算理论及叠加法/改进叠加法，提出适用于波动应力下的改进叠加法，并通过试验对改进叠加法加以验证。最后，通过计算不同工况下的徐变，并与现有徐变计算理论进行对比，探究改进叠加法在不同应力工况的适用性，并且验证了改进叠加法在徐变计算中有良好的适用性。.（5）对我国公路桥规JTG 3362-2018中徐变预测模型进行温度修正，并对Fahmi提出的变温处理方式进行改进，基于Boltzman叠加原理建立了变化环境因素下徐变系数的计算方法。提出了递减应力作用下，混凝土徐变的等效徐变系数，提高了复杂环境因素及应力状态下的徐变的计算效率。