某大跨度钢拱桥三角刚架预应力混凝土系杆监测及开裂机理研究

发布时间：2020-10-10 20:40

　　 系杆钢桁拱桥与三角刚架组合体系是一种新型的桥梁结构形式,具备受力性能好、承载能力高等优点,并且能产生活泼动感、线条优美的外型。目前国内外学者对于此类桥型的损伤机理、病害防治等研究还不多。我国某座特大桥采用这种组合体系形式,在其运营期内,部分三角刚架预应力混凝土系杆逐渐出现了开裂现象。裂缝的存在会影响桥梁使用,降低桥梁的安全性和耐久性。本文以该桥的施工监控和健康监测作为研究基础,开展三角刚架预应力混凝土系杆开裂机理研究,对桥梁病害分析是一次有益的尝试,且对工程具有重要的指导意义。本文工作主要分为四个部分:(1)研究现状和课题研究背景综述对三角刚架桥墩在桥梁结构中的应用情况,预应力混凝土桥梁构件裂缝问题的研究现状,以及桥梁工程背景进行了简单的介绍。(2)开展了系杆应力监测数据分析及开裂概率研究简要阐述了桥梁施工流程以及监测数据的处理原则和方法,详细分析了三角刚架预应力混凝土系杆在施工和运营全过程中的应力变化情况。考虑应力监测数据分析中所涉及的随机参数的影响,利用蒙特卡罗试验获得了实测应力的统计矩和置信区间,进一步获得三角刚架预应力混凝土系杆在不同工况下的开裂概率。最后引入三角刚架外观检查分析结果,验证了分析方法的合理性。(3)揭示系杆开裂机理介绍了桥梁结构施工运营全过程仿真分析的常用方法,阐述了桥梁有限元模型的建立和仿真分析过程。以大桥施工运营全过程仿真分析结果为基础,针对北岸上游三角刚架系杆跨中下缘拉应力形成机理进行研究,分析了多种影响参数的敏感性,并结合实际监测数据,揭示了构件拉应力的发展机理。(4)研究系杆加固设计简要介绍了桥梁结构多种加固技术,验算了北岸上游三角刚架系杆永久预应力损失后的承载能力极限状态以及正常使用极限状态。在此基础上,对北岸上游三角刚架预应力混凝土系杆加固设计进行了研究,提出了合理的加固方案。研究表明,北岸上游三角刚架系杆跨中断面下翼缘处自全桥施工完毕后,压应力的安全储备已有所下降,系杆逐渐从承受压应力转变为承受拉应力;并且通过对三角刚架系杆进行应力监测随机分析,北岸上游三角刚架系杆跨中断面下翼缘开裂概率较大,具有较大的开裂风险;同时,桥梁外观检查结果表明,北岸上游三角刚架系杆跨中断面的结构性裂缝问题也较为严重;通过三角刚架预应力混凝土系杆开裂机理研究,探明系杆永久预应力损失是导致构件拉应力发展的主要原因。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U446
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 三角刚架桥墩在桥梁结构中的应用概述
        1.1.1 国内外V形墩连续刚构桥发展概况
        1.1.2 系杆钢桁拱桥与三角刚架组合体系的特点及研究现状
    1.2 预应力混凝土桥梁构件裂缝问题研究现状
    1.3 本文研究背景
        1.3.1 新光大桥工程概况
        1.3.2 三角刚架系杆存在的问题
    1.4 本文研究内容
第二章 三角刚架预应力混凝土系杆应力监测及开裂概率分析
    2.1 概述
    2.2 新光大桥施工流程
    2.3 三角刚架系杆全过程应力监测数据分析
        2.3.1 新光大桥应力应变及温度监测断面布置
        2.3.2 三角刚架系杆应变数据分析
        2.3.3 三角刚架系杆应力数据分析
    2.4 三角刚架系杆应力监测随机分析
        2.4.1 三角刚架系杆应力监测置信区间
        2.4.2 三角刚架系杆开裂概率分析
    2.5 三角刚架外观检查结果分析
    2.6 本章小结
第三章 三角刚架预应力混凝土系杆开裂机理研究
    3.1 概述
    3.2 桥梁结构施工运营全过程仿真分析方法
    3.3 新光大桥施工运营全过程仿真分析
        3.3.1 新光大桥有限元模型
        3.3.2 新光大桥有限元仿真分析
    3.4 北岸上游三角刚架系杆跨中下缘拉应力发展机理
        3.4.1 参数敏感性分析
        3.4.2 北岸上游三角刚架系杆拉应力发展成因分析
    3.5 本章小结
第四章 三角刚架预应力混凝土系杆加固设计研究
    4.1 桥梁加固方法
        4.1.1 体外预应力加固法
        4.1.2 增大截面加固法
        4.1.3 粘贴钢板加固法
        4.1.4 纤维复合材料加固法
    4.2 北岸上游三角刚架系杆极限状态验算
        4.2.1 承载能力极限状态验算
        4.2.2 正常使用极限状态验算
    4.3 北岸上游三角刚架系杆加固设计
        4.3.1 系杆裂缝表面修补
        4.3.2 系杆体外预应力加固
    4.4 本章小结
结束语
    本文主要工作和结论
    今后研究方向
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件

【参考文献】

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本文编号：2835559