基于体外预应力提载加固钢桁架桥研究

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体外预应力概念最早源于法国,是后张预应力体系的重要分支之一,通常采用大直径钢筋、钢绞线、高强钢丝等作为张拉施力工具,对梁体进行预应力处理.此方法可有效减轻结构的应力水平,并能起到加固卸载和改变结构内力分布等作用,同时可提高结构的承载力、抗裂性和刚度.但体外预应力法在加固钢桁架结构中研究较少,相关理论相对缺乏.为了研究不同根数钢绞线的体外预应力对钢桁架桥的加固效果,以跨径为128 m的下承式简支钢桁架桥——奥莫河桥为研究对象,提出3种体外预应力加固方案并对其进行提载分析,运用有限元软件分别建立每束7根、9根、11根的钢绞线加固方案的全桥模型,从杆件强度、结构刚度、疲劳、整体稳定及节点板应力分布5个方面来评价对比3种加固方案的提载效果.分析可知:纵梁、横梁、上弦杆、下弦杆的应力随着钢绞线数量增多而逐渐减小,杆件应力逐步得到改善;钢绞线数量增多,结构的下挠程度逐渐减小,基频逐渐增大,其刚度不断提高;随着加固所用钢绞线数量的增加,除纵梁外,其余杆件的疲劳应力幅值不断降低;临界荷载系数不断增大,稳定性随之增加;重要部件节点板低应力区面积增大,高应力区与次高应力区面积减小,处于潜在撕裂区的螺孔数量不断减少,节点板发生撕裂破坏的概率减小.但随着钢绞线数量增加,会使下弦杆轴力增加,截面稳定安全系数减小,故需控制钢束张拉数量,限制提载幅度.结果表明:3种体外预应力加固方案对此桥均能达到提载效果,且随着所用钢绞线数量的增加,其结构强度、刚度、稳定性呈非线性提高,节点板低应力分布区占比逐步增大;采用每束11根钢绞线进行加固是最实用、合理的加固方案.
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