斜拉体系加固变截面连续粱桥力学性能研究
发布时间：2022-02-20 12:49
下挠过大和斜向开裂是大跨径预应力混凝土（PC）连续箱梁桥普遍存在的问题,解决该类病害桥梁的核心思想是抬升截面高度和改善抗剪承载力。目前,采用传统的加固方法取得一定加固效果,但只是暂时抑制病害发展。斜拉体系加固法是解决该类桥梁下挠过大和抗剪承载力不足最有效方法之一,目前在公路桥梁加固工程中应用极少且研究明显不足,因此开展斜拉体系加固大跨径PC连续箱梁桥的相关研究,对推动其在桥梁加固领域的应用,提高我国公路运输能力具有重要的意义。加固前主梁的结构状态、张拉阶段主梁的受力性能及锚固区段受力转换系统是斜拉加固法得以成功实现的前提和关键问题所在,因此本文围绕采用斜拉加固大跨径PC连续箱梁桥主梁的形变机理、锚固区连接设计及计算、张拉阶段锚固区托梁托架的受力性能及斜拉加固主梁的整体结构力学性能等问题,开展了深入的理论分析和试验研究,主要的研究方法和研究内容如下:（1）针对腹板斜向开裂桥梁的长期变形具有时变性和不确定性问题,提出一种基于桁架模型的PC箱梁桥时效变形不确定性分析方法。首先分析影响桥梁长期形变的各种确定性因素和随机变量,采用拉丁超立方抽样方法减少样本数量,建立随机有限元分析模型,同时基于桁...
【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：237 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 PC连续梁桥病害及原因分析
1.3 PC连续梁桥加固现状分析
1.4 斜拉体系加固PC连续梁桥研究现状
1.5 斜拉体系加固PC连续梁桥亟待解决的关键问题及研究现状
1.5.1 斜拉体系加固PC连续梁桥亟待解决的关键问题
1.5.2 PC连续梁桥有限元模型
1.5.3 考虑时变效应的主梁变形不确定性分析
1.5.4 张拉阶段主梁形变预估研究
1.5.5 斜拉体系锚固区连接接头研究
1.5.6 斜拉体系加固应用研究
1.6 研究目的和意义
1.7 本文主要研究目标和研究内容
第2章 考虑腹板斜向开裂的PC连续箱梁桥时效变形不确定性分析
2.1 引言
2.2 PC连续梁桥时效变形的不确定分析
2.2.1 混凝土收缩徐变的时变性和不确定性
2.2.2 钢束预应力的时变性和不确定性
2.3 腹板斜向开裂引起的PC连续箱梁桥形变评估模型
2.3.1 基于试验模型测试的PC箱梁桥裂后刚度评估模型
2.3.2 基于裂缝外观统计特征的PC箱梁桥裂后刚度评估模型
2.3.3 基于桁架理论的PC箱梁桥裂后剪切刚度评估模型
2.4 拉丁超立方抽样法
2.5 逐步回归分析法
2.6 时变效应的敏感性分析
2.7 实例分析
2.7.1 随机变量的选取
2.7.2 斜裂缝评定及剪切刚度退化因子计算
2.7.3 腹板斜向开裂引起的主梁变形
2.7.4 主梁长期变形不确定性分析
2.7.5 长期下挠的响应面及敏感性分析
2.7.6 最优组合参数选取及计算结果对比
2.8 本章小结
第3章 张拉阶段PC连续梁桥形变预估方法研究
3.1 引言
3.2 非等间隔灰色残差组合修正模型
3.2.1 非等间隔灰色模型的构建与求解
3.2.2 残差组合修正模型
3.2.3 马尔科夫残差修正模型
3.2.4 后验差检验法
3.2.5 实例验证
3.3 蚁群算法残差组合修正模型
3.3.1 蚁群算法基本原理及数学模型
3.3.2 预测模型的构建与实现
3.3.3 蚁群算法模型参数选取方法
3.3.4 蚁群算法修正模型预测的具体实施步骤
3.4 不同预测模型下张拉阶段主梁变形预估
3.4.1 非等间隔灰色组合修正模型预测结果
3.4.2 蚁群算法修正模型预测结果
3.4.3 有限单元法预测结果
3.4.4 不同模型预测结果评估
3.5 本章小结
第4章 剪压组合作用下FHSB连接接头的力学性能研究
4.1 引言
4.2 斜拉体系加固PC连续箱梁桥锚固角选取
4.3 试验方案
4.3.1 试验试件
4.3.2 试验加载方式及试验仪器
4.4 试验结果及讨论
4.4.1 破坏模式及试验现象
4.4.2 施加荷载与相对滑移量关系
4.4.3 施加荷载与螺栓应变关系
4.4.4 初始滑移荷载、极限强度与剪压比关系
4.5 有限单元法参数分析
4.5.1 有限元模型的建立
4.5.2 模型的验证
4.5.3 不同参数下FHSB连接接头的承载力分析
4.6 本章小结
第5章 剪压组合作用下螺母腐蚀后FHSB连接接头的剩余承载力研究
5.1 引言
5.2 人工切割螺母截面模拟螺母腐蚀试验
5.2.1 人工切割接头螺母试验方案
5.2.2 螺母截面损伤后剩余夹紧力
5.2.3 不同腐蚀等级的剩余夹紧力评估
5.3 荷载试验结果与讨论
5.3.1 破坏模式
5.3.2 施加荷载与相对滑移关系
5.3.3 施加荷载与螺栓应变关系
5.3.4 螺母腐蚀后剩余半径与接头剩余承载力评估
5.4 数值模拟
5.4.1 破坏模式
5.4.2 试验与有限元结果对比
5.5 不同螺母腐蚀等级下连接接头的剩余承载力计算模型
5.6 本章小结
第6章 斜拉体系加固主梁锚固区托梁托架模型试验
6.1 前言
6.2 东明黄河公路大桥斜拉索体系加固方案
6.2.1 钢托梁构造
6.2.2 钢托架构造
6.3 斜拉体系加固主梁锚固区托梁托架模型试验
6.3.1 试验模型设计
6.3.2 加载方案
6.3.3 测点布置
6.3.4 对称张拉试验结果
6.3.5 偏载试验结果
6.4 本章小结
第7章 斜拉体系加固实桥应用研究
7.1 前言
7.2 主桥斜拉体系加固改造方案
7.3 实桥试验
7.3.1 张拉阶段试验结果
7.3.2 静、动载试验结果
7.4 东明黄河公路大桥主桥加固关键施工技术
7.4.1 桩基础及承台施工技术
7.4.2 新增钢构件安装技术
7.4.3 斜拉索张拉控制技术
7.5 本章小结
结论与展望
1. 主要创新点及研究结论
2. 本文存在的不足和工作展望
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文及专利情况
主要参与的科研项目及获奖情况
致谢
附录 2010年主桥箱梁腹板外侧裂缝检测结果
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨悬浇箱梁桥三维非线性收缩徐变效应[J]. 杨永清,李世伟,蒲黔辉,孙宝林,伍波. 东南大学学报(自然科学版). 2018(06)
[2]预应力夹片锚钢筋回缩量概率分布模型[J]. 樊见维,张峰,高磊,王大伟,高华睿. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2019(03)
[3]斜拉体系加固东明黄河公路大桥主梁锚固区段模型试验研究[J]. 徐刚年,王有志,袁泉,王来永,武俊彦. 世界桥梁. 2018(03)
[4]后张预应力混凝土梁钢束锚固损失研究[J]. 张元海,张睿,王晨光,林丽霞. 中南大学学报(自然科学版). 2018(02)
[5]公路桥梁检测及评价技术综述[J]. 贺拴海,赵祥模,马建,赵煜,宋焕生,宋宏勋,程磊,袁卓娅,黄福伟,张健,田斌,王路阳,戚秀真. 中国公路学报. 2017(11)
[6]马尔科夫残差修正灰色理论模型在连续梁桥施工监控中的应用[J]. 刘庆昌,王有志,安俊江,柳尚斌,张涛. 中外公路. 2017(05)
[7]剪切型钢筋混凝土柱临界斜裂缝倾角的概率模型[J]. 余波,吴然立,陈冰. 计算力学学报. 2017(05)
[8]大跨度连续箱梁桥挠度敏感性分析[J]. 刘菊玖,姜天华,杨壮. 铁道建筑. 2017(06)
[9]考虑混凝土贡献的修正变角桁架模型[J]. 端茂军,魏洋,李国芬,王序. 土木工程学报. 2017(06)
[10]非等间隔灰色预测模型的二次优化[J]. 池其才,周世健,王奉伟. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2017(05)
博士论文
[1]重载铁路桥梁体外预应力加固法的关键技术研究[D]. 胡彦君.北京交通大学 2015
[2]大跨刚构—连续梁桥结构性能的运营环境影响与规律分析[D]. 王蕾.哈尔滨工业大学 2013
[3]竖向预应力作用下箱梁腹板的受力机理研究[D]. 赵宝俊.长安大学 2012
[4]预应力混凝土空心板梁桥破坏机理试验研究[D]. 康省桢.郑州大学 2010
[5]横向预应力混凝土梁的抗剪性能及预应力损失研究[D]. 刘灿.华南理工大学 2010
[6]预应力混凝土变截面连续箱梁裂后受力性能研究[D]. 林新元.长安大学 2010
[7]钢筋混凝土桥梁加固后可靠性评估及剩余使用寿命的研究[D]. 段成晓.武汉大学 2010
[8]大跨度PC连续刚构桥挠曲开裂因素研究[D]. 文武松.西南交通大学 2009
[9]基于二次开发的PC桥梁三维仿真分析关键技术研究[D]. 周小勇.华中科技大学 2008
[10]过载桥梁的碳纤维布加固试验与理论研究[D]. 廖娟.浙江大学 2007
硕士论文
[1]钢绞线腐蚀对预应力混凝土连续箱梁桥影响研究[D]. 王若冰.重庆交通大学 2018
[2]大跨径连续刚构桥加腹板加固方法研究[D]. 段永凤.昆明理工大学 2018
[3]大跨预应力混凝土连续刚构桥施工期开裂控制研究[D]. 邹惠琼.湖南大学 2016
[4]矮塔斜拉体系加固预应力混凝土T型刚构桥施工控制[D]. 高青.长安大学 2015
[5]大跨连续刚构桥的参数分析及预应力优化[D]. 陈久长.长沙理工大学 2014
[6]大跨度连续刚构桥跨中下挠问题研究[D]. 王亚坤.长安大学 2013
[7]大跨径PC梁桥长期下挠及其对策分析[D]. 周雨.重庆交通大学 2013
[8]高墩大跨连续刚构桥几何非线性与稳定分析[D]. 侯利锋.长沙理工大学 2013
[9]大跨径预应力混凝土梁桥开裂损伤过程的力学性能分析[D]. 苗战涛.长安大学 2012
[10]大跨度预应力混凝土连续箱梁桥收缩徐变效应分析[D]. 朱果.重庆大学 2012
本文编号：3635082
【文章来源】：山东大学山东省211工程院校985工程院校教育部直属院校
【文章页数】：237 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 PC连续梁桥病害及原因分析
1.3 PC连续梁桥加固现状分析
1.4 斜拉体系加固PC连续梁桥研究现状
1.5 斜拉体系加固PC连续梁桥亟待解决的关键问题及研究现状
1.5.1 斜拉体系加固PC连续梁桥亟待解决的关键问题
1.5.2 PC连续梁桥有限元模型
1.5.3 考虑时变效应的主梁变形不确定性分析
1.5.4 张拉阶段主梁形变预估研究
1.5.5 斜拉体系锚固区连接接头研究
1.5.6 斜拉体系加固应用研究
1.6 研究目的和意义
1.7 本文主要研究目标和研究内容
第2章 考虑腹板斜向开裂的PC连续箱梁桥时效变形不确定性分析
2.1 引言
2.2 PC连续梁桥时效变形的不确定分析
2.2.1 混凝土收缩徐变的时变性和不确定性
2.2.2 钢束预应力的时变性和不确定性
2.3 腹板斜向开裂引起的PC连续箱梁桥形变评估模型
2.3.1 基于试验模型测试的PC箱梁桥裂后刚度评估模型
2.3.2 基于裂缝外观统计特征的PC箱梁桥裂后刚度评估模型
2.3.3 基于桁架理论的PC箱梁桥裂后剪切刚度评估模型
2.4 拉丁超立方抽样法
2.5 逐步回归分析法
2.6 时变效应的敏感性分析
2.7 实例分析
2.7.1 随机变量的选取
2.7.2 斜裂缝评定及剪切刚度退化因子计算
2.7.3 腹板斜向开裂引起的主梁变形
2.7.4 主梁长期变形不确定性分析
2.7.5 长期下挠的响应面及敏感性分析
2.7.6 最优组合参数选取及计算结果对比
2.8 本章小结
第3章 张拉阶段PC连续梁桥形变预估方法研究
3.1 引言
3.2 非等间隔灰色残差组合修正模型
3.2.1 非等间隔灰色模型的构建与求解
3.2.2 残差组合修正模型
3.2.3 马尔科夫残差修正模型
3.2.4 后验差检验法
3.2.5 实例验证
3.3 蚁群算法残差组合修正模型
3.3.1 蚁群算法基本原理及数学模型
3.3.2 预测模型的构建与实现
3.3.3 蚁群算法模型参数选取方法
3.3.4 蚁群算法修正模型预测的具体实施步骤
3.4 不同预测模型下张拉阶段主梁变形预估
3.4.1 非等间隔灰色组合修正模型预测结果
3.4.2 蚁群算法修正模型预测结果
3.4.3 有限单元法预测结果
3.4.4 不同模型预测结果评估
3.5 本章小结
第4章 剪压组合作用下FHSB连接接头的力学性能研究
4.1 引言
4.2 斜拉体系加固PC连续箱梁桥锚固角选取
4.3 试验方案
4.3.1 试验试件
4.3.2 试验加载方式及试验仪器
4.4 试验结果及讨论
4.4.1 破坏模式及试验现象
4.4.2 施加荷载与相对滑移量关系
4.4.3 施加荷载与螺栓应变关系
4.4.4 初始滑移荷载、极限强度与剪压比关系
4.5 有限单元法参数分析
4.5.1 有限元模型的建立
4.5.2 模型的验证
4.5.3 不同参数下FHSB连接接头的承载力分析
4.6 本章小结
第5章 剪压组合作用下螺母腐蚀后FHSB连接接头的剩余承载力研究
5.1 引言
5.2 人工切割螺母截面模拟螺母腐蚀试验
5.2.1 人工切割接头螺母试验方案
5.2.2 螺母截面损伤后剩余夹紧力
5.2.3 不同腐蚀等级的剩余夹紧力评估
5.3 荷载试验结果与讨论
5.3.1 破坏模式
5.3.2 施加荷载与相对滑移关系
5.3.3 施加荷载与螺栓应变关系
5.3.4 螺母腐蚀后剩余半径与接头剩余承载力评估
5.4 数值模拟
5.4.1 破坏模式
5.4.2 试验与有限元结果对比
5.5 不同螺母腐蚀等级下连接接头的剩余承载力计算模型
5.6 本章小结
第6章 斜拉体系加固主梁锚固区托梁托架模型试验
6.1 前言
6.2 东明黄河公路大桥斜拉索体系加固方案
6.2.1 钢托梁构造
6.2.2 钢托架构造
6.3 斜拉体系加固主梁锚固区托梁托架模型试验
6.3.1 试验模型设计
6.3.2 加载方案
6.3.3 测点布置
6.3.4 对称张拉试验结果
6.3.5 偏载试验结果
6.4 本章小结
第7章 斜拉体系加固实桥应用研究
7.1 前言
7.2 主桥斜拉体系加固改造方案
7.3 实桥试验
7.3.1 张拉阶段试验结果
7.3.2 静、动载试验结果
7.4 东明黄河公路大桥主桥加固关键施工技术
7.4.1 桩基础及承台施工技术
7.4.2 新增钢构件安装技术
7.4.3 斜拉索张拉控制技术
7.5 本章小结
结论与展望
1. 主要创新点及研究结论
2. 本文存在的不足和工作展望
参考文献
攻读博士学位期间发表学术论文及专利情况
主要参与的科研项目及获奖情况
致谢
附录 2010年主桥箱梁腹板外侧裂缝检测结果
学位论文评阅及答辩情况表
【参考文献】：
期刊论文
[1]大跨悬浇箱梁桥三维非线性收缩徐变效应[J]. 杨永清,李世伟,蒲黔辉,孙宝林,伍波. 东南大学学报(自然科学版). 2018(06)
[2]预应力夹片锚钢筋回缩量概率分布模型[J]. 樊见维,张峰,高磊,王大伟,高华睿. 重庆交通大学学报(自然科学版). 2019(03)
[3]斜拉体系加固东明黄河公路大桥主梁锚固区段模型试验研究[J]. 徐刚年,王有志,袁泉,王来永,武俊彦. 世界桥梁. 2018(03)
[4]后张预应力混凝土梁钢束锚固损失研究[J]. 张元海,张睿,王晨光,林丽霞. 中南大学学报(自然科学版). 2018(02)
[5]公路桥梁检测及评价技术综述[J]. 贺拴海,赵祥模,马建,赵煜,宋焕生,宋宏勋,程磊,袁卓娅,黄福伟,张健,田斌,王路阳,戚秀真. 中国公路学报. 2017(11)
[6]马尔科夫残差修正灰色理论模型在连续梁桥施工监控中的应用[J]. 刘庆昌,王有志,安俊江,柳尚斌,张涛. 中外公路. 2017(05)
[7]剪切型钢筋混凝土柱临界斜裂缝倾角的概率模型[J]. 余波,吴然立,陈冰. 计算力学学报. 2017(05)
[8]大跨度连续箱梁桥挠度敏感性分析[J]. 刘菊玖,姜天华,杨壮. 铁道建筑. 2017(06)
[9]考虑混凝土贡献的修正变角桁架模型[J]. 端茂军,魏洋,李国芬,王序. 土木工程学报. 2017(06)
[10]非等间隔灰色预测模型的二次优化[J]. 池其才,周世健,王奉伟. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2017(05)
博士论文
[1]重载铁路桥梁体外预应力加固法的关键技术研究[D]. 胡彦君.北京交通大学 2015
[2]大跨刚构—连续梁桥结构性能的运营环境影响与规律分析[D]. 王蕾.哈尔滨工业大学 2013
[3]竖向预应力作用下箱梁腹板的受力机理研究[D]. 赵宝俊.长安大学 2012
[4]预应力混凝土空心板梁桥破坏机理试验研究[D]. 康省桢.郑州大学 2010
[5]横向预应力混凝土梁的抗剪性能及预应力损失研究[D]. 刘灿.华南理工大学 2010
[6]预应力混凝土变截面连续箱梁裂后受力性能研究[D]. 林新元.长安大学 2010
[7]钢筋混凝土桥梁加固后可靠性评估及剩余使用寿命的研究[D]. 段成晓.武汉大学 2010
[8]大跨度PC连续刚构桥挠曲开裂因素研究[D]. 文武松.西南交通大学 2009
[9]基于二次开发的PC桥梁三维仿真分析关键技术研究[D]. 周小勇.华中科技大学 2008
[10]过载桥梁的碳纤维布加固试验与理论研究[D]. 廖娟.浙江大学 2007
硕士论文
[1]钢绞线腐蚀对预应力混凝土连续箱梁桥影响研究[D]. 王若冰.重庆交通大学 2018
[2]大跨径连续刚构桥加腹板加固方法研究[D]. 段永凤.昆明理工大学 2018
[3]大跨预应力混凝土连续刚构桥施工期开裂控制研究[D]. 邹惠琼.湖南大学 2016
[4]矮塔斜拉体系加固预应力混凝土T型刚构桥施工控制[D]. 高青.长安大学 2015
[5]大跨连续刚构桥的参数分析及预应力优化[D]. 陈久长.长沙理工大学 2014
[6]大跨度连续刚构桥跨中下挠问题研究[D]. 王亚坤.长安大学 2013
[7]大跨径PC梁桥长期下挠及其对策分析[D]. 周雨.重庆交通大学 2013
[8]高墩大跨连续刚构桥几何非线性与稳定分析[D]. 侯利锋.长沙理工大学 2013
[9]大跨径预应力混凝土梁桥开裂损伤过程的力学性能分析[D]. 苗战涛.长安大学 2012
[10]大跨度预应力混凝土连续箱梁桥收缩徐变效应分析[D]. 朱果.重庆大学 2012
本文编号：3635082
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