既有铁路盖板涵耐久性评估与寿命分析

摘要

大秦铁路作为中国“西煤东运”的最重要通道，2010年总运量达到4亿吨，是设计年运输量的4倍，同时大秦铁路的列车轴重也在不断提高，已远远超出设计标准。从大秦线现在的运行状况看，路线所经过盖板涵常处于超载的工作状态，盖板涵耐久性下降严重，影响线路的运营安全。因此，对大秦铁路盖板涵进行耐久性研究成为了亟待解决的问题。疲劳因素和外界环境因素对既有铁路盖板涵的综合作用，使得盖板涵发生耐久性劣化。本文通过现场调查、室内试验、建模分析等对盖板涵进行耐久性评估和寿命分析，主要研究内容为：
　　(1)对大秦重载铁路既有盖板涵进行现场实测，测试内容包括混凝土强度、混凝土碳化深度、混凝土保护层厚度、氯离子含量等，通过调查可知既有盖板涵强度降低、氯离子侵蚀深度大于碳化深度。
　　(2)通过对盖板涵进行25t、27t、30t轴重下疲劳性能足尺模型室内试验，可以得到，钢筋和混凝土的应变与加载力基本呈线性关系；钢筋与混凝土的应变和应变幅值随疲劳次数的发展规律为先快后慢，大约在5万次后增长幅度减缓，前期增长幅度较大；疲劳荷载为27t、30t时，盖板梁跨中挠度均超过规范容许值值。根据试验测试结果，计算分析不同轴重下盖板疲劳寿命，可知轴重对盖板疲劳寿命影响较大。
　　(3)通过学习向量化(LVQ)神经网络评估法和有限元分析对盖板涵进行耐久性评估；并利用材料S-N曲线、概率极限状态分析计算方法和以 Fick第二定律为基础的氯离子侵蚀寿命预测模型对盖板涵进行寿命预测。可以得到，得出钢筋锈蚀对盖板涵受力性能影响较大；盖板涵评估结果除强度外其他均良好；随着轴重的增加，钢筋与混凝土的疲劳寿命锐减，钢筋疲劳寿命降低比例高于混凝土；25T轴重下盖板涵碳化剩余寿命为48年；25T轴重下盖板涵氯离子侵蚀剩余寿命为13.5年。各计算方法只考虑单因素作用下的盖板涵寿命，为受荷载和环境综合影响下的既有盖板涵寿命提供参考。

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1 绪论

1. 1研究背景及意义

1.1.1研究背景

1.1.2研究意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究的主要内容

2 大秦铁路盖板涵耐久性调查

2.1盖板涵耐久性主要影响因素

2.1.1混凝土碳化

2.1.2钢筋锈蚀

2.1.3氯离子侵蚀

2.2 大秦铁路既有盖板涵耐久性调查

2.2.1 大秦铁路概述

2.2.2 大秦铁路盖板涵检测

2.3小结

3 盖板疲劳性能研究

3.1 试验设计

3.1.1 盖板涵试件规格

3.1.2 试验方案

3.2 疲劳试验结果与分析

3.2.1 盖板疲劳荷载作用后试验结果

3.2.2 盖板疲劳荷载作用后的试验结果分析

3.3小结

4 既有盖板涵耐久性的评估与寿命分析

4.1盖板涵耐久性评估

4.1.1 基于钢筋锈蚀的盖板涵受力性能评估

4.1.2既有盖板涵耐久性单项指标划分及评估

4.1.3基于LVQ神经网络的既有盖板涵耐久性综合评估

4.2盖板涵寿命分析

4.2.1疲劳荷载下的盖板涵寿命分析

4.2.2混凝土碳化下的盖板涵剩余寿命分析

4.2.3氯离子侵蚀下的盖板涵剩余寿命分析

4.3小结

结论

展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果