钢筋混凝土T梁桥行车道板与横隔板疲劳性能研究

发布时间：2020-03-20 17:27

【摘要】：钢筋混凝土和预应力混凝土 T梁在桥梁工程中获广泛应用,然而随着重交通的不断增加,以及钢筋混凝土 T梁桥使用年限的增加,混凝土和钢筋性能逐渐发生退化,同时重载引起行车道板及横隔梁的疲劳损伤逐渐积累,致使混凝土 T梁桥行车道板、横隔梁未达到设计使用年限就出现破坏,危及在役桥梁正常运营及结构安全。然而,在现行设计理论中,T梁桥行车道板和横隔板设计仅按静荷载来进行设计,并未考虑重交通引起的疲劳问题。研究钢筋混凝土和预应力混凝土 T梁桥行车道板及横隔梁的疲劳性能,可为今后行车道板及横隔梁疲劳设计奠定基础。本文系统地评价了国内外学者对钢筋混凝土结构疲劳问题的研究成果,开展了行车道板模型疲劳试验。构建了混凝土塑性损伤本构关系及损伤钢筋本构关系,并考虑了混凝土损伤因子。基于混凝土塑性损伤本构关系及损伤钢筋本构关系建立了钢筋混凝土 T梁桥行车道板疲劳分析模型,对钢筋混凝土行车道板的疲劳性能进行了系统地研究。主要研究了钢筋混凝土 T梁桥行车道板的疲劳破坏机理及形态;研究了行车道板长短边比、疲劳荷载水平、行车道板厚度、配筋率、混凝土强度等级等参数对钢筋混凝土T梁桥行车道板疲劳性能的影响规律;研究了钢筋混凝土 T梁桥横隔梁的疲劳性能。本文取得以下创新性研究成果:(1)揭示了钢筋混凝土 T梁桥行车道板在静力荷载作用下的受力机理及破坏形态。在静力荷载作用下,钢筋混凝土 T梁桥行车道板的受力过程分为裂缝开裂前的弹性阶段、裂缝发展阶段及破坏阶段,行车道板的破坏形态为冲剪破坏。(2)得出了疲劳荷载作用下,钢筋混凝土 T梁桥行车道板疲劳破坏的机理及破坏形态。钢筋混凝土 T梁桥行车道板疲劳过程分为三个阶段,在疲劳初期,钢筋应变、混凝土应变、挠度与疲劳次数接近线性关系,尚未出现肉眼可见的宏观裂缝;在稳定发展期,行车道板内部材料损伤积累逐渐加大,钢筋强度、混凝土强度及混凝土弹性模量损失逐渐增加,混凝土产生宏观裂缝,但发展缓慢;在发展期加速期,行车道板钢筋强度、混凝土强度及混凝土弹性模量损失速率快速增长,损伤加速,混凝土裂缝宽度已接近0.4mm;在破坏阶段,钢筋强度、混凝土强度及混凝土弹性模量损失急剧增加,最后钢筋屈服,桥面混凝土出现冲剪破坏。(3)在长短边比大于1.88、疲劳荷载水平大于0.386时,随疲劳荷载循环次数的增加,与损伤前比挠度增加明显。在疲劳荷载水平为0.629时,150万次、200万次时长短边比6.50的挠度较长短边比1.66的行车道板的挠度分别增加65.4%、182.0%。可见,从抗疲劳的角度看,在设计上取用长短边比小于2.0的双向板是合理的,不建议采用单向板。(4)揭示了行车道板混凝土强度等级及配筋率对疲劳性能的影响规律。随着配筋率的增大,行车道板的剩余承载能力逐渐增大,在200万次时,与配筋率0.63%的比,配筋率0.70%、0.77%的行车道板的剩余承载能力依次增大20.36%、22.64%。同时也看出配筋率由0.63%增加至0.70%,剩余承载能力增大20.36%,而配筋率由0.70%增大至0.77%,剩余使用寿命仅增加了 2.28%,可见配筋大于0.70%后,靠增加配筋率来提高行车道板的疲劳能力是不经济的,而且提高的幅度不大;随着混凝土强度等级的提高,行车道板的剩余承载能力逐渐增大。在200万次时,与C30混凝土相比,C40、C50混凝土行车道板的剩余承载能力依次增大30.56%、33.67%,抗疲劳性能不断提高。论文对钢筋混凝土 T梁桥行车道板及横隔梁的疲劳性能的研究成果,可供今后行车道板及横隔梁疲劳设计参考。
【图文】：

桥梁的疲劳破坏以及倒塌事故随着交通运输业的发展而不断发生。如２００４年６月１０逡逑日，辽宁田台庄大桥在车辆长期超负荷的运营下，由于车辆冲击力导致桥梁局部构件脆逡逑性断裂而造成桥而扳的破坏，坍塌现场见图１－２；邋２００６年１１月末，安康市冷水大桥突逡逑然部分坍塌，据调查分析得到的结论，主要是由于设计标准低并且横向联系较弱，在长逡逑期超载车辆的作用下，产生疲劳脆性断裂，具体坍塌状况见图１－３；邋２０１１年的７月中逡逑旬，钱江三桥［２］的引桥同样在车辆超载作用下，，在桥梁结构的薄弱部位，行车道板间湿逡逑接缝等处发生疲劳产生裂缝又未及时维修加固而导致本次的交通事故，如图】－４所示；逡逑２０１１年７月１９日，北京宝山寺白河桥突然由于货车过载情况，突然出现Ｗ形波浪状的逡逑坍塌现象，详细情况见图１－５，经业内桥梁专家推断主要是由于疲劳损伤累积下超载而逡逑产生的［３］。由此可见，钢筋混凝土结构中也不断凸显常出现在钢结构桥梁的疲劳问题。逡逑现有的桥梁设计规范以及疲劳损伤理论的研究中

座，其中，三类四类的病害桥梁中有４２４４座是由于桥梁营运期间车辆荷载的疲劳损伤逡逑作用而产生的，这己经占比总桥梁数量的２２．７％。另外不容忽视的一点是，很多桥梁在逡逑设计、施工阶段桥梁的质量有瑕疵，以及运营、养护和管理阶段操作不符合相关要求，逡逑这都会使我国桥梁的使用寿命受到很大影响、大打折扣，这种现象需要引起重视。逡逑钢筋混凝土桥梁的建设在国外发展较早，发生疲劳破坏事故也多于国内，一些比较逡逑典型的疲劳事故详见表１－１。例如，丨９６１年建设的美国Ｔｈｒｏｇｓ邋Ｎｅｃｋ桥ｍ，营运十几年逡逑后，由于车辆的疲劳荷载作用使该桥的混凝土行车道板产生了裂缝。２０００年５月２０逡逑
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441

【参考文献】

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本文编号：2591941