公路大跨度连续刚架拱桥组合钢箱加固技术研究

摘要

刚架拱桥因其结构特点简洁美观，施工简单和造价经济，在公路桥梁中得到了广泛使用，尤其在高速公路跨线桥和软土地基桥梁中优势明显，发展前景广阔。甘肃省在近年来也修建了一定数量的刚架拱桥，其中有代表性的有定西市云田大桥、白银市悬冒台桥、永靖县西河二房村钢筋混凝土刚架拱桥等。但由于其整体性差，以至于桥梁横向稳定性不足，当前大多数这类桥已处于危桥行列，因此此类桥加固的意义非同凡响。
　　桥梁加固的方式有很多种，本文则着重介绍钢箱加固法。它的发展基础理论是钢—混组合梁，是由原先的粘钢和增大截面两种加固方式优点结合成一种的新型方法。首先需要在拱底及拱肋两侧锚粘钢板并焊接成H型套箍，接着会在下缘焊接一层钢板目的使其成为一个封闭式的钢箱，这样就和需要加固的拱肋形成了一个整体，此种加固方式提高了梁体的刚度和承载能力，与普通的粘钢和增大截面法相比，钢箱加固的构件整体抗弯、抗剪性能有了显著的提高且自重不会太大。
　　本文以S209线云田大桥为背景，系统的研究了钢箱加固法在刚架拱桥加固中的应用，主要完成以下几个方面的内容:
　　(1)根据钢—混组合梁理论以及弹塑性理论分析了桥梁结构粘钢加固的抗弯、抗剪计算并推导其相应的理论计算公式。
　　(2)调查研究了云田大桥的病害及其形成机理，采用钢箱加固法对主拱肋进行了加固并结合数值计算分析，对桥梁的加固效果进行了评价。
　　(3)利用ANSYS有限元模型，通过对该桥不同厚度钢箱加固以及荷载递变加载过程前后的理论模型对比分析，讨论其对主拱肋的力学性能及加固效果影响。
　　(4)最后本文通过可靠度理论对加固后的桥梁进行加固效果评定。
　　由本文研究成果得出:当桥梁的抗弯承载能力不足时，钢箱加固法具有良好的加固效果，如增大了拱的刚度以及抗弯抗剪承载能力，有效的降低了加固拱跨中的挠度。用钢砼组合结构理论来计算钢箱加固构件的承载力是可行的。因此该加固法可大力推广至此相似类型桥梁中。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 桥梁加固技术研究背景

1．1．2 桥梁加固的意义

1．2 大跨度刚架拱桥加固技术国内外研究现状

1．2．1 加固技术在我国的发展

1．2．2 加固技术国外研究现状

1．3 大跨度刚架拱桥常见加固方法及效果评价

1．3．1 桥梁检测与评定技术

1．3．2 刚架拱桥加固技术及效果评价

1．4 本文主要研究内容

2 刚架拱桥的常见病害及加固对策研究

2．1 刚架拱桥的常见病害

2．1．3 浙江省某跨河刚架拱桥的相关病害

2．2 刚架拱桥的常见病害原因分析

2．2．1 上部承重构件病害原因分析

2．2．2 下部承重构件病害原因分析

2．2．3 桥面系病害原因分析

2．3 刚架拱桥常见加固对策

2．3．1 增加拱肋或扩大其截面

2．3．2 弦杆和实腹段加固

2．3．3 横系梁(板、杆)加固

2．3．4 加固微弯板

2．3．5 拱脚加固

2．3．6 拱片加固

2．3．7 节点加固

2．3．8 桥墩加固

2．3．9 桥台加固

2．3．10 基础加固

2．4 本章小结

3 钢箱加固设计方法研究

3．1．2 钢—混凝土组合梁理论

3．2 钢箱加固法的特性及适用条件

3．2．1 钢箱加固法的特性

3．2．2 钢箱加固法的适用条件

3．3 钢箱加固弹性理论分析

3．3．2 截面的简化

3．3．3 换算截面法

3．3．4 特征值计算

3．3．5 换算截面应力计算

3．4 钢箱加固法施工工艺

3．4．1 施工指南

3．4．2 施工工艺

3．5 本章小结

4 钢箱加固法在刚架拱桥加固中的应用

4．1 工程概况

4．2 桥梁病害分析及加固方案研究

4．2．1 桥梁主要病害

4．2．2 桥梁病害原因分析

4．2．3 桥梁加固方案

4．3 有限元模型的建立

4．3．1 加固前有限元模型的建立

4．3．2 加固后有限元模型的建立

4．4 桥梁加固效果影响因素分析

4．4．1 原桥结构的承载能力分析

4．4．2 加固效果分析

4．5 本章小结

4．5．1 刚架拱桥的受力特性

4．5．2 本次加固方法总结

5 基于可靠度理论的刚架拱桥加固效果评定

5．1 公路桥梁可靠度理论

5．1．1 可靠度理论

5．1．2 结构可靠指标

5．2 可靠度理论的计算方法

5．2．1 一次二阶矩法(中心点法)

5．3 刚架拱桥的可靠度分析

5．3．1 功能函数

5．3．2 公路桥梁的恒载与恒载效应

5．3．3 公路桥梁的车辆荷载模型

5．3．4 公路桥梁的抗力随机过程模型

5．4 桥梁结构时变可靠指标的计算及剩余寿命评估

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果