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箱梁桥腹板的开裂问题是箱梁桥最为常见及严重的问题之一,引起箱梁桥腹板开裂的原因众多,竖向预应力的有效预应力不足是其主要原因之一。目前,国内外对箱梁桥竖向预应力筋的研究主要着重于竖向预应力筋的预应力损失,关于竖向预应力筋因施工质量等原因导致可能发生的疲劳损伤和锈蚀断裂的研究却较少。本文首先通过现场试验研究箱梁桥竖向预应力筋的有效预应力及其对箱梁腹板受力的影响,然后研究竖向预应力钢绞线的疲劳性能和锈蚀断裂性能,主要内容包括:(1)进行了竖向预应力筋有效应力的现场测试和箱梁桥腹板应变测试。结合测试结果进行理论研究,得出了箱梁桥竖向预应力筋的有效应力,并分析了竖向预应力有效应力和竖向预应力筋灌浆状态对箱梁腹板主拉应力的影响。(2)根据混凝土内钢筋锈蚀的影响因素,选取了一般大气环境条件下的竖向预应力筋初始锈蚀时间预测模型和钢绞线锈蚀率预测模型。同时,结合实际工程计算澧水特大桥竖向预应力钢绞线的锈蚀率与锈蚀年限关系,为竖向预应力筋的疲劳性能分析和锈蚀断裂性能分析提供依据。(3)基于疲劳损伤的基本理论,结合实际工程,首先通过有限元实体模型计算了澧水特大桥竖向预应力筋完全灌浆和未灌浆情况下在BS5400、Eurocode、Laman(1996)和我国550kN等疲劳车辆荷载模型下的疲劳应力谱值。根据预应力钢绞线的S-N曲线,采用Miner线性损伤累计准则,计算不同规范疲劳车辆荷载作用下竖向预应力筋的最大等效应力幅幅值为5.24MPa,远小于预应力钢绞线的疲劳破坏应力幅值142MPa(开裂截面下为105MPa)。由此得出竖向预应力筋不会发生疲劳破坏的结论。(4)根据竖向预应力钢绞线灌浆不饱满情况下的锈蚀率,对预应力钢绞线锈蚀表面裂纹采用了两种假定:整体环状裂纹和钢丝局部坑状裂纹。计算了两种不同锈蚀表面裂纹在不同锈蚀年限下的裂纹尖端应力强度因子,进行基于断裂力学理论下竖向预应力钢绞线的脆性断裂判定。得出了竖向预应力钢绞线在整体环状裂纹假设下不会发生锈蚀裂纹的脆性断裂,而在钢丝局部坑状裂纹假设下会发生锈蚀裂纹的脆性断裂的结论,且钢丝局部坑状裂纹假设下钢绞线的锈蚀断裂年限约为40年。