论文总字数：25435字

摘 要

新老混凝土桥梁拼宽是现有高速公路拓宽工程常采用的一种形式，近年来已有很多工程实例。本文以苏州某一立交桥改扩建工程为依托，对预应力混凝土连续箱梁桥拓宽后新老箱梁结构的受力性能以及变形情况进行分析研究。本文采用Midas有限元模型对预应力混凝土拼接箱梁在混凝土收缩徐变、基础不均匀沉降和活载作用下受力状态进行分析。同时，结合 ECC材料的基本力学特点，采用有限元模型分析 ECC材料作为拼接段时，拼接段的受力状态，并与普通混凝土作为拼接段时计算结果进行对比。

研究结果表明，预应力混凝土连续箱梁拼宽后，混凝土收缩徐变、支座沉降差以及车辆活载各分项作用对新老桥及拼接部位的纵横向受力以及变形都有影响，拼接部位的纵向受力和横向受力都以收缩徐变作用控制为主。采用ECC材料作为拼接段材料，可降低拼接段受力状态，开裂后可以继续承受荷载，以进一步提高结构耐久性。

通过选择合适的拼接材料，选择恰当的拼接时机，选择合理的施工方式等进一步提高结构的质量和耐久性。

关键词：箱梁拓宽，拼接构造，受力性能，混凝土收缩徐变，基础沉降，ECC

Abstract

The structural form of widening concrete box girders is a common form in existing highway widening projects. In recent years, there have been many engineering examples. Based on the reconstruction and extension project of an overpass in Suzhou, this paper analyzes the mechanical properties and deformation of the new and old box girder structures after widening P.C. continuous box girder. In this paper, finite element model is used to analyze the stress state of ordinary concrete splice box girder under concrete shrinkage and creep, uneven foundation settlement and live load. Meanwhile, combined with mechanical characteristics of the ECC material, the finite element model was used to analyze the stress state of the spliced section when the ECC material was used as the splicing section, compared with the calculation results of ordinary concrete.

The results show that after the widening of the P.C. continuous box girder, the shrinkage and creep of the concrete, the differential settlement of the bearing, and the vehicle's live load all have effects on the vertical and horizontal forces and deformations of the new and old bridge and the splicing site. Both the longitudinal and lateral forces of the belt are dominated by the effects of shrinkage and creep. Using ECC material as the splicing section material can reduce the stress state of the splicing section, and it will not fail immediately after the cracking, but continue to bear the load, which can further improve the structural durability.

The quality and durability of the structure are further improved by selecting suitable splicing materials, selecting the appropriate splicing timing, and selecting a reasonable construction method.

KEY WORDS： Widening Bridge, Splice structure, Mechanical Properties, Shrinkage and Creep, Foundation Settlement, ECC

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 桥梁拓宽方式 2

1.2.2 桥梁上部结构拓宽方式 4

1.3 本论文主要设计内容 5

第二章 桥梁拼接设计与分析 7

2.1 新老桥拼宽设计 7

2.2 有限元建模与分析 10

2.3 本章小结 12

第三章 桥梁拼接结构受力分析 13

3.1 混凝土收缩徐变作用 13

3.1.1 变形分析 13

3.1.2 纵向应力分析 16

3.1.3 横向应力分析 18

3.2 基础不均匀沉降作用结构受力分析 19

3.2.1 各种沉降组合综合考虑 19

3.2.2 2#和3#墩沉降 20

3.3 活载作用下结构受力分析 22

3.4 拼接段受力综合分析 25

3.5 本章小结 25

第四章 ECC拼宽设计与分析 27

4.1 概述 27

4.2 收缩徐变作用 27

4.3 基础不均匀沉降 29

4.4 活载作用 31

4.5 本章小结 32

第五章 桥梁拼宽设计改进措施 33

5.1 选择合适的拼接时机 33

5.2 材料的选择 33

5.3 牺牲阳极保护法 33

5.4 施工 34

第六章 总结与展望 36

6.1 结论 36

6.2 展望 37

致 谢 38

参考文献 39

绪论

研究背景

我国正处于经济快速发展的阶段， 交通量的不断增长与现有公路通行能力不足的矛盾日益显现，为了满足日益增长的交通通行量，政府每年投入大量资金在公路建设领域。随着土地资源日益紧缺，新建公路的成本也日益增加。在这一背景下，为了提高公路通行量，缓解高速公路拥堵情况，拓宽原有公路以提高通行量，成为有效的途径。桥梁作为公路的重要组成部分，拓宽桥梁以提高通行能力来缓解交通压力是很有必要的，所以说对桥梁扩宽的研究是很有现实意义的。

改扩建工程要在原有老桥的基础上进行，且拼宽工程多采取两侧拼接或者单侧拼接的方式。与一般公路桥梁拓宽相比，高速公路桥梁扩宽工程的技术要求更高，高速公路一般采用预应力混凝土梁式桥，预应力混凝土连续箱梁也为数不少^[1]。

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