重载作用下装配式预应力混凝土箱梁桥疲劳性能研究

发布时间：2017-09-01 13:45

  本文关键词：重载作用下装配式预应力混凝土箱梁桥疲劳性能研究

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【摘要】：装配式预应力混凝土箱梁桥是我国高速公路上中等跨径梁式桥的主力桥型之一,伴随着现代交通物流和区域经济的快速发展,重载交通运输的特征越来越显著,部分高速公路实际运行车辆荷载已经超过了设计荷载值,因此装配式预应力混凝土箱梁桥的疲劳日益成为不可忽视的问题。本文基于动态称重(WlM)系统和结构健康监测(SHM)系统,对重载作用下装配式预应力混凝土箱梁桥的疲劳性能进行了研究,具有重要的理论意义及工程实用价值。主要工作如下：(1)基于新沂河大桥WIM系统自2012年5月至2015年12月共计2324万辆车辆原始数据,分别对全部车辆和重载车辆(大于55吨车辆)的疲劳荷载谱和标准疲劳车进行了研究。(2)基于新沂河大桥SHM系统自2014年10月至2016年4月的原始数据,对新沂河大桥跨中梁底加固钢板的疲劳寿命进行了评估。(3)基于WIM系统监测信息,分别对新沂河大桥左幅、加固前右幅和加固后右幅的疲劳寿命进行了评估。(4)基于疲劳累积损伤模型和可靠度方法,分别对新沂河大桥左幅、加固前右幅和加固后右幅的疲劳寿命进行了评估。得到的主要结论如下：(1)基于WIM全部原始数据和436万辆重载车辆原始数据,建立了实际运行车辆的车重、车间距和车头时间间隔的概率分布模型。(2)基于WIM监测信息,建立了新沂河大桥三种类型的疲劳荷载谱,即分别基于典型车型、标准疲劳车和实际车流的疲劳荷载谱,可供实桥疲劳分析参考。(3)基于SHM系统应变时程和Miner线性累积损伤准则,得到加固后新沂河大桥箱底钢板的疲劳寿命是140年。(4)基于WIM的疲劳寿命评估表明：左幅体内预应力钢筋的疲劳寿命79年、加固前右幅体内预应力钢筋的疲劳寿命10年、加固后右幅箱底钢板的疲劳寿命146年、加固后右幅体外索的疲劳寿命104年和加固后右幅体内预应力钢筋的疲劳寿命58年；重载车辆造成的损伤占总损伤88%及以上。(5)基于疲劳可靠度方法,得到新沂河大桥左幅、加固前右幅和加固后右幅的疲劳寿命分别为82年、9年和55年,与基于WIM得到的疲劳寿命79年、10年和58年基本吻合,三种方法可以相互印证。
【关键词】：重载作用 疲劳寿命评估 疲劳荷载谱 健康监测系统 动态称重系统 疲劳可靠度 标准疲劳车 Miner线性累积损伤准则
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.4
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-26
• 1.1 背景与意义11-13
• 1.2 国内外桥梁疲劳规范比较13-18
• 1.2.1 国内规范13-15
• 1.2.2 国外规范15-17
• 1.2.3 规范比较17-18
• 1.3 桥梁疲劳研究现状18-24
• 1.3.1 材料的疲劳18-21
• 1.3.2 疲劳荷载谱21-22
• 1.3.3 重载下的疲劳22
• 1.3.4 疲劳寿命评估22-24
• 1.4 存在的主要问题24
• 1.5 主要研究内容24-26
• 第2章 新沂河大桥疲劳车辆荷载模型26-83
• 2.1 疲劳分析理论及方法26-31
• 2.1.1 疲劳分析理论26-28
• 2.1.2 等效轴重和等效轴距28-29
• 2.1.3 疲劳损伤贡献率29
• 2.1.4 雨流计数法29-31
• 2.2 工程背景31-34
• 2.2.1 新沂河大桥简介31-32
• 2.2.2 新沂河大桥裂缝发展32-33
• 2.2.3 新沂河大桥加固概况33-34
• 2.3 全部车辆统计分析34-49
• 2.3.1 车流量34-39
• 2.3.2 车重39-42
• 2.3.3 车间距42-43
• 2.3.4 轴重43-46
• 2.3.5 轴间距46-48
• 2.3.6 车头时间间隔48-49
• 2.4 重载车辆统计分析49-64
• 2.4.1 车流量49-51
• 2.4.2 车重51-52
• 2.4.3 车间距52-53
• 2.4.4 轴重53-60
• 2.4.5 轴间距60-63
• 2.4.6 车头时间间隔63-64
• 2.5 全部车辆疲劳荷载谱和标准疲劳车64-76
• 2.5.1 代表车型拟定64-65
• 2.5.2 疲劳荷载谱(九种车型)65-70
• 2.5.3 疲劳荷载谱(五种车型)70-74
• 2.5.4 标准疲劳车74-76
• 2.6 重载车辆疲劳荷载谱和标准疲劳车76-82
• 2.6.1 疲劳荷载谱76-80
• 2.6.2 标准疲劳车80-82
• 2.7 小结82-83
• 第3章 基于健康监测的新沂河大桥加固后钢板疲劳寿命评估83-93
• 3.1 新沂河大桥健康监测系统简介83-87
• 3.1.1 主梁应变监测83-84
• 3.1.2 动位移监测84-85
• 3.1.3 体外索索力监测85-86
• 3.1.4 温度监测86-87
• 3.2 健康监测系统数据处理87-90
• 3.2.1 主梁应变87-88
• 3.2.2 动位移88-89
• 3.2.3 体外索89-90
• 3.2.4 温度90
• 3.3 疲劳寿命评估90-92
• 3.3.1 疲劳寿命评估流程90-92
• 3.3.2 疲劳寿命评估92
• 3.4 小结92-93
• 第4章 基于动态称重的新沂河大桥疲劳寿命评估93-106
• 4.1 新沂河大桥动态称重系统安装和标定93-94
• 4.2 新沂河大桥有限元模型94-95
• 4.3 影响线计算95-100
• 4.4 疲劳寿命评估100-105
• 4.4.1 疲劳寿命评估流程101
• 4.4.2 左幅疲劳寿命评估101-102
• 4.4.3 加固前右幅疲劳寿命评估102-103
• 4.4.4 加固后右幅疲劳寿命评估103-105
• 4.5 小结105-106
• 第5章 基于可靠度的新沂河大桥疲劳寿命评估106-126
• 5.1 疲劳可靠度分析理论和方法106-110
• 5.1.1 极限状态方程和可靠度指标106-108
• 5.1.2 中心点法、验算点法和JC法108-109
• 5.1.3 Monte Carlo法109-110
• 5.2 新沂河大桥疲劳寿命评估110-118
• 5.2.1 按疲劳累积损伤模型计算疲劳寿命110
• 5.2.2 左幅疲劳寿命评估110-113
• 5.2.3 加固前右幅疲劳寿命评估113-115
• 5.2.4 加固后右幅疲劳寿命评估115-118
• 5.3 重载作用下新沂河大桥疲劳寿命评估118-125
• 5.3.1 左幅疲劳寿命评估118-120
• 5.3.2 加固前右幅疲劳寿命评估120-122
• 5.3.3 加固后右幅疲劳寿命评估122-125
• 5.4 小结125-126
• 第6章 结论与展望126-128
• 6.1 主要结论126
• 6.2 研究展望126-128
• 参考文献128-132
• 附录A 疲劳荷载谱程序132-144
• 附录B 大于55吨车辆统计分析程序144-155
• 附录C 基于健康监测的疲劳寿命评估程序155-161
• 附录D 基于动态称重的疲劳寿命评估程序161-171
• 附录E Monte Carlo法疲劳寿命评估程序171-172
• 致谢172-173
• 作者在攻读硕士学位期间所取得的研究成果173

【参考文献】

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本文编号：772440