带缺陷连续刚构桥的受力行为研究及加固对策

论文摘要

预应力混凝土连续刚构桥是目前交通工程中运用最为广泛的桥型之一。通常,这类桥梁采用平衡悬臂浇筑法施工。由于施工周期较长,影响因素繁多,再加上施工过程中往往还需要经过多次结构体系转换,从而使得这类桥梁的实际成桥状态难免会偏离其设计理想状态,甚至出现影响结构安全和耐久性的缺陷。研究带缺陷连续刚构桥的力学行为及其相应的加固对策具有现实意义。本文归纳、总结了既有预应力混凝土连续刚构桥常见的施工缺陷和病害形式；分类研究了带缺陷预应力混凝土连续刚构桥的整体和局部(破损部位)的力学效应,得出了一些规律性的结果。论文借助现有的计算理论和分析方法,采用数值模型实验和工程实例验证的方式进行探讨,主要研究的内容如下：1.研究了大跨度预应力混凝土连续刚构桥施工中的典型缺陷类型及成因,归纳出了这类桥梁施工中比较常见的三种缺陷：全桥混凝土材料性能分布不均匀、波纹管定位偏差引起的预应力钢束位置不准确、部分梁段的箱梁底板崩裂。2.通过数值模型试验,对各种缺陷进行了衍伸并滤除噪声影响,建立了可行的带缺陷结构分析模型,得出了几种常见因素对这类结构整体受力的影响效应。3.综合利用大型通用计算软件Ansys和Midas建立了实体单元模型。针对混凝土局部弹性模量的变化和底板预应力合拢束产生折角两种结构缺陷情况进行了局部应力分析,得出了一些规律性的结果。4.归纳分析了多种常见加固方法的原理和应用条件。并对文中采用工程实例的加固方法进行了评判。5.结合工程实例进行了验证性仿真分析。采用数值模型模拟分析了该桥在崩块前、崩块后加固前以及加固后三种状态下结构的力学行为。借助于该带缺陷预应力混凝土连续刚构桥的实测结果,通过对比分析验证了文中所采用方法的有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 桥梁结构的使用功能和各类缺陷
• 1.3 连续刚构桥底板崩裂综述和研究现状
• 1.3.1 连续刚构桥底板崩裂综述
• 1.3.2 研究现状
• 1.4 本文主要内容及研究意义
• 1.4.1 主要内容
• 1.4.2 研究意义
• 第2章 预应力连续刚构桥总体特性
• 2.1 预应力连续刚构桥的分类及构造特点
• 2.1.1 刚构桥的分类
• 2.1.2 刚构桥的构造特点
• 2.2 预应力连续刚构桥的结构受力特点
• 2.2.1 结构受力特点
• 2.2.2 与连续梁桥的比较
• 2.3 预应力连续刚构桥的施工特点
• 2.3.1 刚构桥悬臂浇筑法的施工特点
• 2.3.2 刚构桥悬臂浇筑法存在的主要问题
• 2.3.3 刚构桥悬臂浇筑法的发展
• 2.4 预应力连续刚构桥的经济特点
• 2.5 预应力连续刚构桥的病害特点
• 第3章 刚构桥常见缺陷分析理论及防治方法
• 3.1 桥梁结构的缺陷
• 3.1.1 桥梁结构中的损伤
• 3.1.2 桥梁结构中的裂缝
• 3.2 桥梁在施工过程中产生的缺陷
• 3.2.1 施工引起的局部混凝土强度损伤及分析理论
• 3.2.2 施工中预应力钢筋常见问题及其对结构受力产生的影响
• 3.2.3 连续刚构桥箱梁底板崩裂的机理、原因及防治
• 3.3 箱梁混凝土运营中产生裂缝的机理及其对结构受力的影响
• 3.3.1 连续刚构桥箱梁裂缝的产生原因
• 3.3.2 连续刚构桥箱梁裂缝的常见形式
• 3.3.3 连续刚构桥箱梁裂缝对结构的影响
• 第4章 连续刚构桥常用加固方法研究
• 4.1 刚构桥加固概述
• 4.2 刚构桥常用加固方法
• 4.2.1 粘贴碳纤维加固
• 4.2.2 粘贴钢板加固
• 4.2.3 喷射混凝土加固
• 4.3 刚构桥加固后的力学特性及分析理论
• 4.3.1 加固结构受力特征
• 4.3.2 加固结构变形协调分析
• 4.3.3 加固结构承载力极限状态设计
• 第5章 常见缺陷对结构整体受力的影响效应研究
• 5.1 工程实例概况
• 5.2 结构病害情况
• 5.3 原设计结构及带缺陷结构分析
• 5.3.1 有限元基本理论
• 5.3.2 利用有限元软件建立带缺陷结构模型
• 5.4 带缺陷结构各种缺陷对结构整体受力影响研究
• 5.4.1 基于原结构施工—运营阶段全过程分析
• 5.4.2 混凝土强度整体变化对结构受力的影响性分析
• 5.4.3 预应力束竖向偏位对结构受力的影响性分析
• 5.4.4 部分节段混凝土崩块对结构整体受力的影响性分析
• 5.4.5 文中涉及三种缺陷对桥梁整体结构受力的影响分析
• 第6章 工程实例各阶段结构分析及其加固方法
• 6.1 设计理想状态的结构仿真分析
• 6.1.1 原设计模型施工阶段仿真分析
• 6.1.2 原设计模型运营阶段各组合下分析
• 6.2 崩块前实际状态的结构仿真分析
• 6.3 崩块后、加固前实际状态的结构仿真分析
• 6.4 加固后实际状态的结构仿真分析
• 6.4.1 结构加固方案的选择
• 6.4.2 结构加固后整体受力分析
• 6.4.3 结构加固后整体受力分析与原设计模型对比分析
• 第7章 施工缺陷对结构局部应力影响效应分析
• 7.1 局部结构建立实体模型步骤
• 7.1.1 局部模型节段的选取
• 7.1.2 计算假定
• 7.1.3 边界条件的处理
• 7.2 局部混凝土弹性模量变化对箱梁底板应力的影响分析
• 7.2.1 局部模型的建立
• 7.2.2 局部节段混凝土弹模为设计值时箱梁的底板应力
• 7.2.3 局部节段混凝土弹模降低时箱梁的底板应力
• 7.2.4 局部节段混凝土弹性模量降低对箱梁底板应力影响分析
• 7.3 波纹管偏位导致预应力钢束产生折角对局部应力影响分析
• 7.3.1 局部模型的建立
• 7.3.2 底板预应力合拢束为设计线形时箱梁底板应力
• 7.3.3 底板预应力合拢束局部上凸出现折角时箱梁底板应力
• 7.3.4 底板预应力合拢束产生折角对箱梁底板应力影响规律及实例验证
• 结论及展望
• 结论
• 展望
• 致谢
• 主要参考文献
• 攻读学位期间发表的论文