既有公路混凝土桥梁疲劳寿命与使用安全评估研究

论文摘要

在过去的60年里,我国修建了大量的混凝土桥梁,由于早期经济并不发达,设计荷载标准很低,因此早期修建的桥梁在运营多年之后可靠度降低,并由于这些桥梁经常承受着日益繁重的车辆荷载,同时随着交通量的激增和过重轮载导致桥梁结构出现了明显的疲劳损伤,甚至由于超载严重或者大型挂车过重轮载的作用导致整座桥梁的垮塌,因此既有混凝土桥梁的疲劳寿命和使用安全日益受到桥梁管理部门的高度重视。为了确保既有混凝土桥梁的安全使用,开展对其疲劳剩余寿命和安全评估系统的研究十分必要。本文在总结分析混凝土结构疲劳断裂机理研究成果基础上,尝试提出既有混凝土桥梁的疲劳寿命和使用安全评估方法：基于S-N曲线的疲劳损伤累积准则和基于断裂力学方法的混凝土桥梁的剩余寿命估算方法,在此基础上进一步将提出的方法应用于实际公路混凝土梁桥疲劳寿命评估。本文的主要研究工作如下：1.针对我国公路交通荷载谱研究不足的现状,分析对比形成疲劳荷载谱的两种基本方法。对三条陕西省内干线公路的车辆荷载进行现场调研,对代表车型进行了分类,同时对各种车型所占比例、轴重比例、车重等进行调查和统计分析,同时通过监测得到实际桥梁控制疲劳破坏的主要受力构件的应力谱。2.提出了基于S-N曲线的传统疲劳分析方法和基于线弹性断裂力学的混凝土桥梁的疲劳寿命与使用安全评估方法。3.运用基于S-N曲线的疲劳分析方法和基于线弹性断裂力学的混凝土桥梁的疲劳寿命与使用安全评估方法对实际混凝土桥梁的主要受力构件进行了疲劳寿命评估。4.保持车辆荷载不变,分析通过变化跨径、梁高,保持车辆荷载不变,分析了典型混凝土梁桥在相同的荷载作用下,结构的疲劳应力幅与疲劳损伤度的差异。随着跨径增加,结构受力主筋的疲劳损伤度也同时增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.3 研究内容及思路
• 第二章 荷载谱与应力谱
• 2.1 概述
• 2.2 荷载谱
• 2.2.1 交通调查
• 2.2.2 参数估计和假设检验
• 2.2.3 疲劳荷载谱的编制
• 2.2.4 标准疲劳车的确定
• 2.3 应力谱
• 2.3.1 雨流计数法
• 2.3.2 实测应力谱
• 2.3.3 应力谱的模拟
• 2.4 本章小结
• 第三章 疲劳寿命评估方法介绍
• 3.1 方法概述
• 3.2 基于S-N曲线和Miner理论的疲劳寿命评估
• 3.2.1 疲劳损伤的定义
• 3.2.2 S-N曲线的确定
• 3.2.3 疲劳累积损伤理论
• 3.2.4 疲劳寿命的计算
• 3.3 基于线弹性断裂力学的疲劳寿命评估
• 3.3.1 宏观裂纹的基本形式和K准则
• 3.3.2 疲劳裂纹扩展和Paris公式
• 3.3.3 裂纹扩展寿命估算方法的基本假定
• 3.3.4 初始裂纹尺寸的确定
• 3.3.5 临界裂纹尺寸的确定
• 3.3.6 裂纹扩展的计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 实桥应用
• 4.1 岭湾桥
• 4.1.1 桥梁概述
• 4.1.2 基于S-N曲线和Miner理论的疲劳寿命评估
• 4.1.3 基于线弹性断裂力学的疲劳寿命评估
• 4.1.4 两种疲劳寿命评估结果的比较
• 4.2 铜川耀州高架桥
• 4.2.1 桥梁概述
• 4.2.2 上行线桥梁基于S-N曲线的疲劳寿命评估
• 4.2.3 上行线基于线弹性断裂力学的疲劳寿命评估
• 4.2.4 上行线桥梁疲劳寿命的结论
• 4.2.5 下行线桥梁基于S-N曲线和Miner理论的疲劳寿命评估
• 4.2.6 下行线基于线弹性断裂力学的疲劳寿命评估
• 4.2.7 下行线桥梁疲劳寿命的结论
• 4.3 本章小结
• 第五章 典型混凝土梁桥疲劳应力与疲劳损伤分析
• 5.1 概述
• 5.2 不同跨径的钢筋混凝土简支梁桥的应力谱分析
• 5.2.1 不同跨径的空心板简支梁
• 5.2.2 不同跨径的T梁简支梁
• 5.3 不同跨径的钢筋混凝土连续梁桥的应力谱分析
• 5.3.1 不同跨径的空心板连续梁
• 5.3.2 不同跨径的T梁连续梁
• 5.3.3 不同跨径的矮箱梁连续梁
• 5.4 本章小结
• 结语
• 结论
• 建议
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢