空心板梁桥组合加固技术研究

发布时间：2020-06-25 06:12

【摘要】：近年来,随着国民经济的快速发展,我国公路交通事业不断取得新的突破,桥梁作为道路建设的控制工程,不断展现出新的活力。其中,空心板梁桥以其施工便捷、可预制和运输方便等优点得到了广泛应用。然而,空心板梁桥在长期服役后,已经显现出各种类型的病害,特别是薄弱铰缝破坏导致的桥梁横向联系不足、整体刚度退化,进而造成空心板梁桥的单板受力现象,对桥梁的承载能力造成了极大的削弱,严重影响结构的安全运营。针对上述情况,开展空心板梁桥组合加固技术的研究,即钢横梁与竖向预应力筋相结合的加固技术,从加固构件、连接方式等方面进行研究,可形成一种高效、可靠、系统、新颖的加固方式,不仅能够改善结构的横向分布性能,提升结构的整体刚度,还能够改善铰缝的受力性能、提升结构的承载能力,具有重要的实用价值。本文的主要研究内容及结论如下:(1)简述了空心板梁桥常用横向分布计算理论,开展了铰缝病害特征及成因分析,明确了空心板梁桥加固需求及其必要性。(2)提出了竖向预应力筋与钢横梁相结合的空心板梁加固方法。根据挠度与荷载的正比关系,结合等效刚度原则和弹性板理论,得到一套横向分布影响线计算方法;根据短筋竖向预应力的特征,提出了组合加固竖向预应力、锚具设计方法;基于加固需求分析,提出组合加固钢横梁布设方法及设计流程;最后,提出了组合加固施工流程及要点、控制技术。(3)开展了空心板组合加固试验,重点分析了钢横梁截面尺寸和布置间距对加固效果(横向分布、整体刚度)的影响,并初步建立了评价指标的加固效率量化模型,得到了不同截面、不同间距下的加固效率。结果表明,组合加固技术能够有效地改善结构的横向分布性能、提升结构整体刚度,为组合加固设计提供了理论依据。(4)采用Abaqus软件建立了加固前、后实体有限元模型,模拟竖向预应力连接方式作用下构件间的接触行为,对应前述试验工况,提取有限元挠度计算结果,得到了有限元的加固效率计算结果。结果表明,随着截面尺寸增大、间距减小,加固效率呈现减速上升的趋势,并最终趋于平缓;对于截面尺寸,建议取钢横梁截面换算混凝土厚度与加固前空心板结构横向抗弯混凝土厚度(即桥面板、顶板对应竖向高度)比值为1.0;对于钢横梁间距,建议取布置间距为L/4;对比分析了加固前、后模型的铰缝应力,加固后铰缝的最大主应力呈现下降的趋势,能够有效改善铰缝受力行为。(5)依托重庆铜梁全德大桥加固工程,开展了组合加固设计示范。依据前述研究结果,拟定了钢横梁布置间距和截面形式,对竖向预应力、锚垫板进行了设计验算;建立Midas有限元模型,对加固前后空心板的截面承载能力进行分析验算,结果表明组合加固后板梁在荷载作用下的效应值降低,间接提高了结构的承载能力。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U445.72
【图文】：

空心板梁,钱江,上部结构,桥梁

图 1-1 钱江三桥主梁塌落空心板梁桥数量多、范围广，大多数桥梁年久失修，上部结构一旦发生问题，将造成无法估量的后果。桥梁的拆除重建不仅费时费力，而且将造成路线长期中断，由此产生极大的社会资源浪费现象。因此，业内众多专家学者开始了空心板梁桥加固技术的探索，并在不断的探究与实践中形成了许多成熟的空心板加固方法及施工技术，如表 1.1 所示：表 1.1 空心板梁桥现有加固技术简介加固方法原理特点增大截面法在梁侧面或底部加大尺寸，提高配筋率，增加截面的有效工作高度增加结构自重，需要作业空间大；常用于 T 型梁，少用于板式梁粘贴碳纤维布（CFPR）加固法在梁受拉表面粘贴碳纤维布，使其和结构协同工作，而实现加固补强轻质高强、耐腐蚀性强；但刚度提升小，耐火性差，且易脆性破坏体外预应力加固法在受拉区施加体外预应力，预压力产生反弯矩将抵消外荷载产生的弯矩对结构交通影响小，能大幅提高承载力及抗裂性能

示意图,板梁,受力,示意图

= = = = = 号板号板号板号板1 g2 g g3 g g4 g g5号板 g g11 121 1 231 2 341 3 451 4 5P1PPPP(2.1)根据两相邻板块在胶接缝处竖向相对位移为零的变形协调条件，得到如下四个正则方程：11 1 12 2 13 3 14 4 121 1 22 2 23 3 24 4 231 1 32 2 33 3 34 4 341 1 42 2 43 3 44 4 40000ppppg g g gg g g gg g g gg g g gδ δ δ δ δδ δ δ δ δδ δ δ δ δδ δ δ δ δ+ + + + = + + + + = + + + + = + + + + = (2.2)式中：ikδ ——铰接缝 k 内作用单位正弦铰接力，在铰接缝 i 处引起的竖向相对位移；iPδ ——外荷载 P 在铰接缝 i 处引起的竖向位移。

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