某大桥主墩盖梁体系损伤分析及加固施工

论文摘要

桥梁是城市道路、铁路等线路的交通运输的咽喉，因此对现有桥梁和新建桥梁的结构性能与运营状况就提出了更高的要求。桥梁建设在基础建设中起着举足轻重的作用，是交通道路及铁路等线路的重中之重。然而，这些桥梁在建造和使用过程中，由于设计不合理、截面尺寸和钢筋配置不符合力学要求、施工质量问题达不到设计要求、建筑材料使用不当、品质不良等等方面，不可避免地会产生不同程度的损伤。对桥梁的加固变得尤为重要。本文以一个工程实例为分析对象，在前人成果的基础上，对实例中的损伤进行研究分析，针对损伤的加固方案进行分析，并总结加固施工中得到的监控分析以及最终桥梁的荷载试验，判定桥梁加固是否满足要求。文章主要内容和成果如下：(1)分析损伤原因，对桥梁盖梁出现的裂缝进行分析。由于设计时考虑不周，在实体桥墩上部受力较为偏心时，会对桥墩上缘带来较大的横向拉应力。桥梁下部结构设计中，就算是实体桥墩，支座之间的部位也将会出现不同程度的拉应力，在今后的设计中需要引起足够的重视。(2)针对实例，进行了三维实体有限元仿真分析。比较了不同的三维单元，选用通用性较好的8节点6面体单元为主单元进行建模分析。并采用Midas/Civil软件对实例进行有限元分析。(3)考虑到加固施工的特点，分析加固方案中对结构的进一步损伤破坏会达到什么程度，是否可以满足结构的安全性、可靠性要求。(4)对全程的监控数据进行整理分析、对比，确认了三维实体模型的准确度。荷载试验表明了加固的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本论文主要研究内容
• 1.2.1 桥梁桥墩损伤成因分析研究
• 1.2.2 加固实施的必要性
• 1.2.3 三维实体非线性有限元仿真分析研究
• 1.2.4 加固方案可行性研究
• 1.2.5 全过程监控及荷载试验
• 2 工程实例介绍
• 2.1 实例概况
• 2.1.1 工程概况
• 2.1.2 实施进展及问题
• 2.1.3 目前施工状态下的结构情况
• 2.2 裂缝成因及问题的发展
• 2.2.1 裂缝形成原因
• 2.2.2 问题的发展
• 2.2.3 结论
• 2.3 缺陷处理的原则及目标
• 2.3.1 缺陷处理的原则
• 2.3.2 缺陷处理的目标
• 2.4 方案的选择
• 2.4.1 方案比选
• 2.4.2 方案方向
• 2.5 推荐方案介绍
• 2.5.1 方案比较
• 2.5.2 推荐方案选定
• 3 加固计算模型
• 3.1 方案简介
• 3.1.1 钢束布置
• 3.1.2 端部处理
• 3.1.3 凹槽处理
• 3.1.4 施工
• 3.2 方案计算假定
• 3.3 单元类型及选用
• 3.3.1 三维弹性理论方程
• 3.3.2 单元形函数
• 3.3.3 单元位移函数
• 3.3.4 三维实体单元刚度矩阵
• 3.3.5 三维实体单元类型
• 3.3.6 单元选取
• 3.4 模型单元划分
• 3.4.1 设置节点位置
• 3.4.2 细分单元的要求
• 3.4.3 单元大小及形状的原则
• 3.5 荷载加载
• 3.6 边界条件
• 3.7 MIDAS/CIVIL 软件简介
• 3.8 有限元模型建立
• 3.8.1 单元特性
• 3.8.2 实例单元划分
• 3.8.3 荷载
• 3.8.4 边界条件
• 3.9 总结
• 4 模型空间静力分析
• 4.1 上部桥梁支座反力分配分析
• 4.1.1 支座支承条件的分析
• 4.1.2 中墩单个支座反力的计算方法
• 4.1.3 横梁横向预应力张拉支反力分析
• 4.1.4 中墩单个支座反力总汇
• 4.2 目前状态盖梁受力状态
• 4.2.1 模型
• 4.2.2 荷载
• 4.2.3 应力状况
• 4.3 加固设计方案
• 4.3.1 方案
• 4.3.2 验算的基本原则
• 4.4 预应力损失计算
• 4.4.1 管道壁之间的摩擦损失
• 4.4.2 锚具变形损失
• 4.4.3 预应力钢筋松弛损失
• 4.4.4 混凝土收缩徐变损失
• 4.4.5 最终有效应力
• 4.5 成桥后运营阶段盖梁的受力验算
• 4.5.1 盖梁凹槽处横向正应力验算
• 4.5.2 盖梁悬臂根部竖向抗剪强度验算
• 4.6 体内预应力束锚下混凝土受力状态分析
• 4.7 计算结论
• 4.8 综述
• 5 实施方案的研究
• 5.1 临时支座的可靠性
• 5.2 钻孔安全性
• 5.2.1 目前状态
• 5.2.2 横梁卸载后状态
• 5.2.3 增加临时支座
• 5.2.4 综述
• 5.3 悬臂端新老混凝土交接
• 5.4 加固与上部施工同时进行的可行性
• 5.4.1 目前施工状态
• 5.4.2 计算分析盖梁加固及上部同时施工的可能性
• 5.4.3 必要措施
• 5.4.4 施工步骤
• 5.4.5 结论
• 5.5 加固构造
• 5.5.1 端部的处理
• 5.5.2 凹槽处理
• 5.5.3 钢筋的连接
• 5.5.4 锚下的处理
• 5.5.5 预应力孔构造
• 5.5.6 浇注混凝土
• 5.6 裂缝处理
• 5.7 结论
• 6 实施过程
• 6.1 施工方案
• 6.1.1 加固施工准备
• 6.1.2 上部横向预应力的张拉
• 6.1.3 盖梁钻孔及混凝土凿除
• 6.1.4 管道放置、裂缝修补、混凝土浇注
• 6.1.5 预应力张拉、灌浆封锚
• 6.1.6 注意事项
• 6.2 卸载
• 6.3 钻孔
• 6.4 封缝及灌缝
• 6.5 预应力成孔
• 6.6 凿除混凝土及钢筋制作
• 6.7 混凝土浇筑
• 6.8 预应力张拉
• 6.9 综述
• 7 实施结果及效果
• 7.1 监控结果
• 7.1.1 1#桥墩监控数据分析
• 7.1.2 2#桥墩监控数据分析
• 7.2 荷载试验
• 7.3 效果综述
• 8 结论与展望
• 8.1 结论
• 8.1.1 损伤的原因
• 8.1.2 上部荷载的准确分析
• 8.1.3 三维有限元模型的模拟
• 8.1.4 加固方案的研究
• 8.1.5 通过监控以及荷载试验验证成果
• 8.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录