基于裂缝计算的季冻区在役PC板梁承载力退化研究

发布时间：2020-06-27 02:14

【摘要】：预应力混凝土梁作为桥梁工程中常用的结构形式,多用于公路网中、小跨径桥梁。季冻区预应力混凝土桥梁在运营中,其组成材料在气候、环境等自然因素的影响下会逐渐发生老化,而日益增加的汽车荷载作用使桥梁构件的力学性能不断衰减,加之早期桥梁设计规范中设计荷载与现行规范之间的差异,导致在役预应力混凝土桥梁多处于带裂缝工作阶段。裂缝将会危及桥梁的安全性与耐久性,所以需要对结构修补加固处理。为了设计维修改造方案和确定维修的优先级,必须确定带裂缝的预应力混凝土梁的使用情况和剩余使用寿命,进而做出科学合理的维修改造方案。因此,对在役带裂缝工作的预应力混凝土梁承载能力评价和剩余使用寿命研究具有重要的工程使用价值。本论文结合辽宁省交通厅科技项目“既有桥梁承载能力评价及加固技术研究(201512)”和“中央高校基本科研业务费专项资金项目(2572017AB01)”,对10片季冻区服役20年的预应力混凝土空心板梁开展了抗弯承载力和抗剪承载力退化机理试验研究。在试验梁受弯受剪静力荷载试验基础上,重点分析了预应力混凝土试验梁受力响应变化规律、受弯和受剪承载力、弯曲裂缝宽度变化规律、受弯区竖向开裂对截面抗弯刚度退化影响、斜裂缝宽度变化规律、剪压区斜向开裂对截面抗剪刚度退化影响。论文对季冻区服役20年的预应力混凝土空心板试验梁进行了专项检测、材料性能和承载力试验,在此基础上建立ANSYS有限元模型,通过试验梁荷载试验测量值与有限元计算值对比,对季冻区服役20年的预应力混凝土空心板试验梁受力响应状态和承载力作出评价;以粘结-滑移理论为基础,考虑梁内不同类型钢筋间的应力重分布问题,确定钢筋应力分配系数,给出了预应力混凝土梁弯曲裂缝宽度计算的数值模型;结合截面非线性分析计算理论,研究了预应力混凝土梁自截面开裂到破坏阶段全过程截面抗弯刚度随弯曲裂缝开展的变化规律,提出了以裂缝特征为参数的预应力混凝土梁抗弯刚度损失的计算方法;分析了不同剪跨比对预应力混凝土空心板梁结构剪压区斜裂缝发展的影响规律,建立了以剪跨比为参数的预应力混凝土梁斜裂缝宽度计算公式;以现有剪切刚度退化模型和斜裂缝宽度计算公式为基础,建立了以预应力混凝土梁斜裂缝最大宽度计算有效剪切刚度的分析模型,定量的分析了斜裂缝开裂对剪切刚度的影响;根据季冻区环境特点,建立了混凝土和预应力钢筋材料性能退化计算模型,结合结构设计原理给出了预应力混凝土梁的时变抗力退化计算模型,在运营荷载基础上分析了时变可靠度,并进行了中国季冻区预应力混凝土梁剩余使用寿命预测。论文通过对季冻区在役预应力混凝土梁试验研究和数值分析,得到的计算公式和模型为季冻区在役预应力混凝土梁桥设计验算、加固维修以及管理养护策略提供了依据。
【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
【图文】：

构造图,试验梁,位置,季冻区

凝土空心板横向联系采用企口式铰接法连接。为研究在季冻区服役２０年的预应力混凝逡逑土空心板梁的受力特性，同时为后续新建其他道路桥梁采用本板梁设计提供依据，本文逡逑选取拆除板梁中外观较为完整的１０片进行破坏性试验。下图２－１为季冻区在役预应力逡逑混凝土空心板试验梁所处的地理位置和原桥板位置示意。逡逑Xu逡逑图２－１试验梁位置逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｐｏｓｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｔｅｓｔ邋ｂｅａｍｓ逡逑预应力混凝土空心板试验梁的计算跨径为１５．６ｍ，斜交角为９０°，宽度为９９ｃｍ，高逡逑度７０ｃｍ，中心挖空截面为圆型直径５０ｃｍ，顶板厚度为８ｃｍ、底板厚度为１２ｃｍ，空心逡逑板采用Ｃ４０混凝土浇筑。试验梁内预应力钢筋采用彡，１５．２４邋（７彳５）钢绞线，标准强度逡逑１８６０ＭＰａ，张拉控制应力１３９５ＭＰａ，纵向非预应力钢筋为ＨＲＢ３３５级直径１２ｍｍ的钢逡逑筋，箍筋为Ｑ２３５直径８ｍｍ的钢筋。下图２－２给出试验梁钢筋和截面构造图。逡逑＞＿８？＿ｔ逡逑Ａ邋８箍筋逦４根Ｂ邋１２普通钢筋逦８．５邋．＾，２６＾，２３＾邋８．５逡逑：１＾逦＾＇１逦１邋ｙ邋１＾＝＇逦＾邋＾逡逑．．ｎ．逦Ｉｌ４根５钢绞线＋２根Ｂ邋１２普通钢筋逦１４根７．４邋５钢绞线逡逑１８｜逦９ｘ１０逦１，逦６９ｘ２０逦ｊ

构造图,试验梁,钢筋布置,截面

【参考文献】