预应力CFRP布加固箱形梁桥的静动力特性研究

发布时间：2019-11-17 20:06

【摘要】：自二十一世纪以来,随着科学技术和经济的快速发展,交通运输量与日俱增,而公路桥梁在确保运输行业稳步发展过程中的重要性也日益凸显。然而近些年来,一大部分老旧公路桥梁因其受建造年代、自然环境的影响,出现了各式各样的问题不能满足交通运输的需要,有些公路桥梁甚至发生坍塌给人民生命财产造成重大损失。因此对存在隐患的公路桥梁进行加固改造俨然已迫在眉睫,当前桥梁加固方法众多,选用何种方法既要因地制宜又要因桥而异。本文分别选用后张法、先张法预应力碳纤维布对某预应力混凝土箱形梁桥进行加固(简称为后张法加固、先张法加固),并通过ANSYS数值计算对比分析不同方法的加固效果得出所依托桥梁工程最佳的加固方法,为实际公路桥梁加固工程提供理论依据,主要研究工作有:(1)利用有限元软件建立依托工程整桥模型,并采用后张法和先张法对碳纤维布施加预应力,再分别建立箱形梁桥加固模型。研究后张法加固和先张法加固箱梁及桥墩所选截面单元和节点的应力、挠度等变化规律。结果表明:预应力碳纤维布能够减小桥梁的应力和挠度,而且后张法的加固效果明显优于先张法。(2)利用El-Centro波、天津波和兰州波对加固前、后张法加固、先张法加固计算模型进行动力有限元分析,研究在竖向地震荷载作用下边跨跨中、中跨跨中顶板截面的竖向位移和加速度响应,以及在水平地震荷载作用下桥墩顶部水平位移、加速度响应。结果表明:预应力碳纤维布能够减小桥梁的地震动响应,而且后张法对控制地震响应效果明显要比先张法好。(3)选用移动荷载来模拟车辆,并考虑60km/h和90km/h两种车速情况,研究桥梁边跨、中跨截面处竖向位移和加速度在加固前后的变化规律。结果表明:随着车速的增大,竖向位移峰值增大、竖向加速度峰值增大;预应力碳纤维布能够减小车-桥耦合动力响应,而且后张法对控制动力响应的效果明显好于先张法。
【图文】：

然而在经济快速发展的同时，，随着科技的进步和工业化水平的提高，汽车的速度、汽车的载重都较于以前发生了巨大的变化，相当一大批上世纪七八十年代建设的公路桥梁不能够满足现代交通发展的需要。由于其建设年代受当时技术、经济的影响，设计荷载普遍偏低、桥面设计较窄、使用功能表现出不足、承载力严重下降等，桥梁结构显示出各式各样的缺陷，发生了这样那样灾害，已经成为交通运输发展的阻碍。截止 2016 年，根据现有数据显示我国已有桥梁中有超过30%已经使用近 30 年，技术等级为三、四类的存在安全隐患的桥梁高达 30%，十几万座桥梁都为危桥。根据现有数据显示，从 2008 年至 2013 年，我国有 30 多座桥梁发生倒塌（图 1.1、图 1.2 为桥梁坍塌事故现场），平均一年超过 6 座“夺命桥”，导致 180 多人丧生，给国家和人民生命财产造成不可估量的损失。数目如此庞大的老旧桥梁存在严重的安全隐患，如果对其进行全部拆除重新修建，当前我国的经济环境还达不到所以实现不了，纵然是欧美发达国家也是无法办到的。因此，桥梁的维护、加固和改造任务已经成为桥梁从事人员未来长期工作的重心，任重而道远。

然而在经济快速发展的同时，随着科技的进步和工业化水平的提高，汽车的速度、汽车的载重都较于以前发生了巨大的变化，相当一大批上世纪七八十年代建设的公路桥梁不能够满足现代交通发展的需要。由于其建设年代受当时技术、经济的影响，设计荷载普遍偏低、桥面设计较窄、使用功能表现出不足、承载力严重下降等，桥梁结构显示出各式各样的缺陷，发生了这样那样灾害，已经成为交通运输发展的阻碍。截止 2016 年，根据现有数据显示我国已有桥梁中有超过30%已经使用近 30 年，技术等级为三、四类的存在安全隐患的桥梁高达 30%，十几万座桥梁都为危桥。根据现有数据显示，从 2008 年至 2013 年，我国有 30 多座桥梁发生倒塌（图 1.1、图 1.2 为桥梁坍塌事故现场），平均一年超过 6 座“夺命桥”，导致 180 多人丧生，给国家和人民生命财产造成不可估量的损失。数目如此庞大的老旧桥梁存在严重的安全隐患，如果对其进行全部拆除重新修建，当前我国的经济环境还达不到所以实现不了，纵然是欧美发达国家也是无法办到的。因此，桥梁的维护、加固和改造任务已经成为桥梁从事人员未来长期工作的重心，任重而道远。
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U441

【参考文献】

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本文编号：2562465