预应力混凝土梁式桥开裂后受力性能研究及损伤评估

论文摘要

本文首先对国内外既有桥梁的承载能力评定方法和混凝土梁式桥开裂后的损伤评估研究成果进行了系统的回顾和总结,然后对混凝土梁式桥上部结构的损伤类型进行了归纳和分析,同时通过非线性有限元分析,研究了预应力混凝土梁式桥开裂后的受力性能和刚度退化规律,并建立了根据裂缝发展程度对主梁开裂后工作性能进行评定的定性和定量方法,可为既有预应力混凝土梁式桥的养护和加固提供参考。本文的主要研究工作如下:(1)根据既有混凝土梁式桥的损伤状况调查与分类研究成果,从材料、构件和体系三个层次,归纳总结了混凝土梁式桥上部结构的损伤类型,定性地分析了各种损伤对桥梁使用性能和承载能力的影响,提出了影响桥梁结构使用性能和承载能力的敏感损伤。(2)分别以预应力混凝土简支T梁和等截面预应力混凝土连续T梁为研究对象,进行了单调加载和反复加载下的非线性有限元全过程分析,以裂缝高度为研究参数,基于不同的刚度计算模型,研究并得出了预应力混凝土简支T梁和连续T梁的裂缝发展规律、不同裂缝发展程度下主梁刚度随荷载增加的退化规律、不同荷载水平作用下主梁刚度随裂缝发展的退化规律、以及各级荷载作用下混凝土应力和预应力筋应力随裂缝发展的变化规律。(3)在非线性有限元分析结果的基础上,建立了根据裂缝发展程度对主梁开裂后工作性能进行评定的定性和定量方法,可为既有预应力混凝土梁式桥的养护和加固提供参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 既有桥梁承载能力评估方法
• 1.2.2 混凝土梁式桥开裂后的损伤评估
• 1.3 本文研究内容和研究方法
• 第二章 混凝土梁式桥损伤分类及影响分析
• 2.1 材料层次
• 2.1.1 钢筋锈蚀
• 2.1.2 混凝土材质劣化
• 2.2 构件层次
• 2.2.1 裂缝
• 2.2.2 剥落、缺角、风化等表观损伤
• 2.2.3 预应力管道灌浆不密实
• 2.3 体系层次
• 2.4 本章小结
• 第三章 预应力混凝土梁非线性有限元分析方法
• 3.1 预应力混凝土梁非线性分析方法概述
• 3.1.1 基于刚塑性假设的塑性极限分析法
• 3.1.2 基于弹塑性理论的截面分析法
• 3.1.3 非线性有限元分析法
• 3.2 材料的本构模型和破坏准则
• 3.2.1 混凝土的本构模型
• 3.2.2 混凝土的破坏准则
• 3.2.3 钢筋的本构模型
• 3.3 混凝土裂缝的数学模型
• 3.3.1 离散裂缝模型
• 3.3.2 分布裂缝模型
• 3.3.3 断裂力学模型
• 3.3.4 开裂后混凝土应力的释放
• 3.4 钢筋与混凝土的联结模型
• 3.4.1 位移完全协调的联结模型
• 3.4.2 位移不协调的联结模型
• 3.5 预应力效应的模拟方法
• 3.5.1 等效荷载法
• 3.5.2 实体力筋法
• 3.6 有限元模型单元的选择
• 3.6.1 钢筋单元的选择
• 3.6.2 混凝土单元的选择
• 3.7 本章小结
• 第四章 弯曲裂缝对预应力混凝土梁式桥使用性能影响分析
• 4.1 裂缝分析参数的选取
• 4.2 预应力混凝土梁开裂后的刚度和变形
• 4.3 有限元模型的建立
• 4.3.1 原型梁概况
• 4.3.2 建模的关键技术
• 4.3.3 加载方式
• 4.3.4 荷载工况
• 4.4 预应力混凝土简支梁计算结果与分析
• 4.4.1 裂缝发展规律
• 4.4.2 挠度变化规律
• 4.4.3 刚度退化规律
• 4.4.4 混凝土应力
• 4.4.5 预应力筋应力
• 4.5 预应力混凝土连续梁计算结果与分析
• 4.5.1 裂缝发展规律
• 4.5.2 挠度变化规律
• 4.5.3 刚度退化规律
• 4.5.4 混凝土应力
• 4.5.5 预应力筋应力
• 4.6 预应力混凝土梁式桥开裂后工作性能的评估
• 4.6.1 主梁开裂后工作性能的定性评估
• 4.6.2 主梁开裂后工作性能的定量评估
• 4.6.3 算例
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论与建议
• 5.1 结论
• 5.2 建议
• 参考文献
• 致谢