干湿交替环境下既有铁路π形梁抗弯性能分析与修复技术研究

发布时间：2020-08-15 08:00

【摘要】：随着桥梁服役时间的延长,在荷载以及外界环境的多重作用下,铁路π形截面钢筋混凝土梁面临着混凝土材料老化、钢筋锈蚀、结构抗力退化等诸多问题。开展病害状态下的梁体承载力、刚度情况研究以及探讨符合铁路运营特点的修复方法,是一项亟待解决的问题。由于铁路π形梁局部构造特点,使其所处的外部环境对结构耐久性有着重要影响。本文以西北铁路所辖线路范围内的钢筋混凝土π形截面梁为研究对象,以桥梁所处的干湿交替局部环境为主线,考虑由于干湿交替环境造成的钢筋锈蚀、混凝土脱落病害对梁体局部构件承载力的影响,以及梁底出现钢筋混凝土粘结失效病害时对结构抗弯承载力及抗弯刚度的影响,并对开行重载列车的可行性进行了探讨;最后结合铁路运营特点提出了铁路桥梁混凝土脱落病害的修复方法。本文具体研究内容如下:(1)通过对西北铁路所辖线内桥梁检查,总结了铁路π形截面梁的常见病害情况,并对病害成因进行了分析,重点对干湿交替环境下钢筋锈蚀机理进行了分析,利用钢筋锈蚀速率检测仪对处在干燥环境以及干湿交替环境下的桥梁步行板进行了锈蚀速率检测,通过试验数据进一步验证了干湿交替环境对混凝土结构内钢筋锈蚀的加速作用。(2)依据现行规范,对易于遭受干湿交替影响的π形截面梁外悬臂板、外挡碴墙的承载力情况、以及通行重载列车的可行性进行了分析;并对出现混凝土脱落病害时外悬臂板、外挡碴墙的承载力情况进行了承载力验算;最后结合已有的计算结果,对出现混凝土脱落病害的整梁进行了承载力及刚度分析。(3)结合铁路π形截面梁多层配筋特点及病害特征,制作了相应的试验梁模型,即受拉钢筋采用上下两层配筋,考虑第一层受拉钢筋出现局部粘结失效情况时对结构承载力及刚度的影响,并结合有限元数值模拟的方法,研究了不同粘结失效长度、不同粘结失效位置对结构抗弯性能的影响。(4)结合铁路桥梁运营特点,提出了利用环氧树脂混凝土进行桥梁修复的方法,并在此基础上提出了修复时增加钢板做模板、梁底增设钢结构优化的修复加固方法;最后利用试验对修复效果进行了进一步研究验证。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U445.7
【图文】：

截面,跨度,铁路交通,铁路

铁路交通在交通运输领域发挥了重要作用，在国民经济、军事政治中占有极重要的地位。铁路桥梁作为铁路线路上的重要结构物被认为是铁路交通的咽，也是铁路建设的关键技术所在。新中国成立后的第一个五年计划期间，铁路梁建设得到了迅猛发展，其中钢筋混凝土桥梁和预应力混凝土梁占有较大比重。在铁路桥梁建设中，中、小型桥梁占比较大，占整个线路桥梁总数的 80~90%，在中小跨度铁路混凝土梁桥中，最常用的是简支梁桥。简支梁桥易于设计成系化和标准化，有利于组织大规模预制生产，并利用起重设备装配[1]。1951 年我编制出了第一套跨度 8~16m 的普通钢筋混凝土的标准图[2]。对于跨度大于 8m 的钢筋混凝土梁，为了减少材料和减轻梁重，便于架设和输，一般采用肋式截面。我国铁路钢筋混凝土简支肋梁桥的截面形式主要有 T截面、π型截面和工字型截面。对于铁路混凝土简支梁桥，跨度 5.5~16m 的为π截面梁，跨度 8~20m 的为 T 形截面梁。π形梁每片有两个肋，两肋之间设有横板以保证梁体的整体稳定性，所以在运输中无需再增加临时支撑[1]。安装就位，两片梁间无需连接即可铺轨通车，加快了架桥速度，这是其主要的优点。

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锈蚀钢筋,翼缘板

展桥梁病害检查、并对病害成因进行分析是桥梁维修加固的基础性工作。本章内容根据西北某铁路局 2018 年桥隧检查情况，总结了其所辖沿线范围的铁路π形梁病害特点，并对病害成因进行了分析。结合桥涵所处环境特点，析了干湿交替局部环境对钢筋锈蚀的影响，并利用检测仪器对不同环境下的桥人行道步行板的锈蚀速率进行了检测，通过数据分析确定了干湿交替环境对钢锈蚀的加速影响。2 常见病害情况2.1 钢筋锈蚀钢筋锈蚀是影响钢筋混凝土结构耐久性的主要病害，在进行桥梁检查过程，发现很多已经裸露、蚀锈较为严重的钢筋。这些锈蚀较为严重的部位，主要生在泄水管附近以及其他容易被雨水影响到的位置。在陇海线梁体检查时发现，某 3-16m π形梁翼缘板、内悬臂板混凝土剥落严，钢筋外露，并且锈蚀严重，见图 2.1~图 2.2。

【参考文献】