湿陷性黄土地区桥梁主要病害及对承载能力的影响研究

摘要

甘肃地处黄土高原，大部分黄土均有湿陷性和易冲刷、易溶蚀、各向异性等工程特征。其千沟万壑的黄土高原地貌决定了大多数桥梁跨沟谷、河流建设，桥梁下部结构多建于边坡或河道之中。随着近几年甘肃省境内公路建设速度加快，加之暴雨等极端天气的频发，位于湿陷性黄土地区新旧桥梁出现诸如浸水湿陷导致基础沉降、梁体横向位移、锥坡及护坡塌陷等病害。对于地处湿陷性黄土地区桥梁，此类病害不仅使得每年投入到桥梁养护维修中的费用增加，而且随着病害的发展会影响桥梁的安全性、稳定性及行车舒适度。因此对湿陷性黄土区域桥梁进行病害调查、分析，从而提出适宜的养护维修技术至关重要。
　　本文以甘肃陇西及陇东湿陷性黄土区域公路桥梁为工程背景，依据黄土湿陷特性，采用现场病害调查、理论分析的方法对调查地区桥梁病害及成因进行分析总结。在病害调查基础上，运用数值模拟与理论计算相结合的方法。从地基部分淘蚀对刚性扩大基础稳定性及基底最大压应力的影响；冲刷对桩基力学性能的影响；基础沉降对双柱式桥墩内力的影响三个方面分析病害对桥梁下部结构的影响。从支座反力、控制截面挠度及应力三个指标分析基础沉降对梁式桥上部结构承载能力的影响。结合病害类型、病害产生机理及病害对桥梁结构影响分析结果提出相应养护维修技术。
　　由本文研究成果可得：黄土浸水湿陷与水流冲刷是造成基础沉降等桥梁病害的主要原因；刚性扩大基础基底抗倾覆系数与基底淘蚀形状无关，随淘蚀程度增加呈线性减小；基底最大压应力随淘蚀面积增加，曲线开始阶段呈平缓走势，当一侧淘蚀面积从10％，两侧淘蚀面积从20%开始，曲线变陡，增量较大；随冲刷程度增加，最大桩身弯矩呈线性增长，最大桩身位移呈非线性增长；无系梁双柱式桥墩倾斜量大一侧桥墩与盖梁相接处最先产生裂缝；桥台横向倾斜对简支梁桥影响最先体现在1/4及3/4跨梁体下挠过大；大跨度预应力混凝土连续梁桥应优先关注中跨跨中下挠值；简支转连续梁桥桥墩支座处及中跨跨中截面应力会随基础沉降量增加最先超出容许值。应从桥梁勘察设计阶段、建设施工阶段、养护管理阶段和桥梁产生病害后四个方面采取相应措施做好湿陷性黄土地区桥梁的预防及养护工作。

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1 绪论

1.1 概述

1.2 本文研究的目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文研究工程背景及主要工作内容

2 湿陷性黄土地区桥梁主要病害分析

2.1 湿陷性黄土分析评价

2.2 湿陷性黄土地区桥梁病害调查

2.3 桥梁主要病害成因分析

2.4 本章小结

3 病害对桥梁墩(台)基础承载能力的影响

3.1 基底部分淘蚀对刚性扩大基础的影响

3.2 冲刷对桩基础力学性能的影响

3.3 基础沉降对双柱式桥墩内力的影响

3.4 本章小结

4 墩(台)基础沉降对梁桥上部结构承载能力的影响

4.1 基础沉降引起连续梁桥上部结构附加内力计算理论

4.2 基础沉降对简支梁桥上部结构承载能力的影响

4.3 基础沉降对大跨度连续梁桥上部结构承载能力的影响

4.4 基础沉降对简支转连续梁桥上部结构承载能力的影响

4.5 本章小结

5 湿陷性黄土地区桥梁病害的预防及养护技术

5.1 勘察设计阶段湿陷性黄土地区桥梁病害的预防

5.2 施工建设阶段湿陷性黄土地区桥梁病害的预防

5.3 养护管理阶段湿陷性黄土地区桥梁病害的预防

5.4 湿陷性黄土地区桥梁病害的养护与整治

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 进一步研究建议

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果