基于吊拉协同主动加固方法的RC系杆拱桥加固效果评价

发布时间：2020-04-26 08:19

【摘要】：上世纪80年代开始,世界各地修建了大量钢筋混凝土拱桥。其中一种非常有竞争力的无推力拱式组合体系桥-钢筋混凝土系杆拱桥(简称RC系杆拱桥),在地质条件较弱及建筑高度受到严格限制的情况下,得到了广泛使用。随着我国公路建设的大力发展,大型化、重型化车辆与日俱增,早期建设的RC系杆拱桥设计标准低,在长期荷载作用下,结构材料性能日趋退化,出现了材料常规病害及结构特殊病害,结构局部破损情况严重,整体结构性能逐步下降,严重影响结构安全性及耐久性。因此,最大程度利用原结构采用科学、合理的维修加固方法,恢复或提高原桥承载能力,延长其使用寿命,以满足现代化交通运输的需要,变得尤为重要。同时,对结构维修加固后的效果进行检测与评定,确保结构能够满足在新荷载标准或原荷载标准下的正常运营及具有良好的行车舒适性,也符合现代结构功能性、使用性的要求。因此,本文以钢筋混凝土刚性吊杆系杆拱为依托工程,详细阐述了对其所采用的吊拉协同主动加固方法,并进行了依托工程加固前、后的静力性能分析、动力性能分析及车桥耦合振动分析,最后提出了基于车桥耦合振动理论的加固效果评价思路、指标和方法。本文主要研究工作有:针对在役钢筋混凝土系杆拱桥的典型病害进行了实桥调查,并对病害产生机理进行了分类总结。发现该类型拱式组合结构在运营期间,不仅会出现类似常规混凝土桥梁产生的病害,同时会因其桥型结构及受力特点而产生一些较为特殊的病害。根据国内外对钢筋混凝土系杆拱桥主动加固方法的调研资料,总结了对于该类型拱式结构常用的三种主动加固方法,对它们的技术特点和加固机理进行了分析,并给出了每种加固方法的适用范围。结合桥型特点及结构性能,对依托工程采用了吊拉协同主动加固的方法。根据下承式钢筋混凝土系杆拱桥的结构形式和受力特点,利用拱肋及系杆形成的组合截面将整个结构视为简支组合梁,对其采用分离变量法,求解了不考虑几何非线性的受轴力作用的下承式钢筋混凝土系杆拱桥的自由振动偏微分方程,并推导得到了该桥型的动力特性解析解。基于有限元理论,建立了钢筋混凝土系杆拱桥振动方程,给出了加固后结构自振特性的数学模型,通过数值计算方法研究了结构加固前、后的静力、动力力学性能。对依托工程建立了加固前、后的空间有限元模型,对设计荷载作用下的拱肋、系梁、吊杆及相互连接处的内力、位移状态进行了详细计算及对比分析。同时,对加固前、后的结构进行了静力分析、动力分析及车桥耦合振动分析,研究了依托工程加固前、后的结构性能,并对加固效果进行评价。根据依托工程的结构尺寸、拱轴线方程等设计参数,采用集中力模拟增大设计荷载等级的方法,分别建立了两种跨径的有限元模型,通过简化的车桥耦合模型对各控制断面的动态响应进行了分析,并与规范限值进行对比,探讨了基于重载交通的下承式钢筋混凝土刚性吊杆系杆拱桥的最大适用跨径。基于动力特性(振型、频率)及动态响应(动位移时程曲线、加速度时程曲线)分析基础上,结合车桥耦合振动理论,提出了基于车桥耦合振动分析的桥梁结构加固效果评价方法,从结构安全性和行车舒适性方面建立了加固效果评价指标,并详细阐述了针对各指标参数的结构试验方法。最后,将该评价方法应用于依托工程的加固效果评价中,验证了评价方法的有效性。
【图文】：

照片,实景,横向裂缝,露筋

图 1.1 八里店大桥实景表 1.1 主要病害汇总位置病害照片左、右侧拱脚混凝土破损，钢筋锈胀图 1.2、图 1主梁铰缝脱落、渗水图 1.4横梁底面横向裂缝、侧面斜裂缝图 1.5吊杆横向裂缝、露筋、锈胀图 1.6、图 1系梁底面横向裂缝、渗水图 1.8左侧匝道腹板竖向裂缝图 1.9支座局部脱空、钢板锈蚀图 1.10、图 1锚头锈蚀图 1.12吊杆与拱肋接头混凝土裂缝图 1.13拱肋裂缝、露筋图 1.14、图 1

照片,露筋,拱肋,拱脚

图 1.1 八里店大桥实景表 1.1 主要病害汇总编号位置病害照片1 左、右侧拱脚混凝土破损，钢筋锈胀图 1.2、图 1.32 主梁铰缝脱落、渗水图 1.43 横梁底面横向裂缝、侧面斜裂缝图 1.54 吊杆横向裂缝、露筋、锈胀图 1.6、图 1.75 系梁底面横向裂缝、渗水图 1.86 左侧匝道腹板竖向裂缝图 1.97 支座局部脱空、钢板锈蚀图 1.10、图 1.118 锚头锈蚀图 1.129 吊杆与拱肋接头混凝土裂缝图 1.1310 拱肋裂缝、露筋图 1.14、图 1.15
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.225;U445.72

【相似文献】