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预应力混凝土梁桥是高速公路常见的桥型,随着我国经济和交通运输车辆的快速发展,公路桥梁上的车辆荷载类型也发生着巨大的变化,重载运输趋势明显。尤其内蒙古作为我国的煤炭资源大省,运煤车辆的载重普遍较大甚至有相当一部分车辆属于超载运行,当大量的重载车辆驶过桥梁时,对桥梁可能造成局部损伤;这些损伤的累积会使桥梁损伤逐渐加重、承载能力逐渐降低,缩短桥梁的使用寿命,甚至导致桥梁在某次重型车辆通过时发生垮塌,给国家和人民带来巨大的经济损失和生命安全。本文选取高速公路G6内蒙古路段中常见桥型跨径为20m的预应力混凝土箱梁桥作为研究对象,研究其在重载交通作用下承载能力的变化,主要做了以下工作:(1)根据相似理论设计了缩尺比例为1:3的预应力混凝土模型梁,在实验室进行了模型梁的极限承载力静载试验。同时利用大型通用有限元软件ABAQUS建立模型梁的有限元模型,通过数值模拟计算出模型梁的极限承载力。与试验结果进行对比分析,来校正有限元模型的正确性。(2)基于内蒙古路段车辆荷载调查的基础上,结合《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)中三种疲劳计算荷载模型以及超载20%、500%和70%的超载模型;利用影响线找到梁体的最不利荷载位置,用ABAQUS计算出以上各种疲劳荷载模型作用下梁体的应力幅。(3)基于普通钢筋和预应力筋应力-寿命曲线方程,计算模型梁在各应力幅下的疲劳寿命。结算结果表明应力幅越大,模型梁的疲劳寿命越短。按规范设计的桥梁能够满足设计使用寿命,但重载交通严重降低桥梁的使用寿命。(4)预应力混凝土梁在疲劳变形过程中呈现出明显的三阶段规律,总结各个阶段梁体各组成材料的疲劳本构关系的变化,利用有限元软件ABAQUS对预应力混凝土模型梁进行疲劳全过程数值模拟;计算模型梁在各应力幅下经过10年、30年、50年、70年、90年及100年疲劳荷载循环后的剩余承载力变化。结果表明应力幅越大,模型梁的剩余承载力下降的越快,而且下降幅度也更大。