北京市横向铰接桥梁破坏机理与维修加固方法研究

摘要

在改革开放的30多年的进程中,我国公路桥梁建设事业取得了举世瞩目的成就,桥梁的建设数量和建设水平已达到国际领先地位。首都北京的桥梁建设事业也在改革开放后蓬勃发展。北京市的桥梁以中小跨径桥梁为主,其中横向铰接桥梁是此类桥梁中较普遍的桥梁结构形式。然而横向铰接桥梁的铰缝结构是全桥的薄弱环节,易发生各种形式的病害,影响其对全桥荷载横向传递和变形协调的贡献,严重时将引发单板受力现象,直接威胁桥梁运营的安全性。
　　 本文在查阅相关文献的基础上,通过对北京市高速公路桥梁、公路桥梁和城市桥梁中大量病害桥梁的基本参数、病害发生部位、病害类型、损坏程度及病害成因的调查分析,对北京市病害桥梁的总体健康状况有了全面的了解。其中,横向铰缝破损是北京市铰接桥梁典型病害之一,车辆超载问题是产生病害的主要因为。通过提取2008年北京市交通量数据、实际治超站数据以及轴重观测站数据,统计分析出北京市主要重载路线的时空特性。在此基础上,针对重载路线京深路重载交通繁忙时段的实际使用汽车活载开展通行荷载效应研究,利用MATLAB程序计算通行荷载效应及对桥梁受力的影响,提出了重载路线桥梁的设计与加固设计中的荷载取值标准。
　　 论文依托实际工程,建立13米横向铰接预应力空心板桥的有限元模型,仿真模拟桥梁在通行荷载作用下的荷载效应并与规范车辆荷载效应进行了对比分析；通过模量折减方法模拟桥面铺装层和铰缝的损伤程度,进而分析通行荷载作用下铺装层和铰缝破损对横向铰接桥梁整体力学性能的影响,验证了超载是导致铰接桥梁破坏的主要因为。最后,通过对比分析横向铰接桥梁三种铰缝破损加固方法与加固效果,认为桥面补强层加固法效果最佳,并通过有限元数值分析验证了该方法的可靠性。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 横向铰接铰缝病害桥梁研究现状

1.3 本文研究内容和方法

第2章 北京市桥梁病害调查与分析

2.1 北京市桥梁总体健康状况调查分析

2.1.1 北京市高速公路桥梁总体健康状况调查分析

2.1.2 北京市公路桥梁总体健康状况调查分析

2.1.3 北京市城市桥梁总体健康状况调查分析

2.1.4 北京市桥梁总体健康状况

2.2 北京市病害桥梁调查案例

2.3 北京市桥梁病害成因分析

2.3.1 桥梁主要结构性损伤产生的原因

2.3.2 桥梁主要功能性损伤产生的原因

2.3.3 北京市病害桥梁成因分析小结

2.4 横向铰接桥梁铰缝破坏成因分析

2.4.1 横向铰接桥梁铰缝破坏形式

2.4.2 横向铰接桥梁铰缝破坏的成因分析

2.5 本章小结

第3章 北京市桥梁实际使用汽车活载现状调查分析

3.1 北京市实际公路桥梁交通量总体现状调查

3.1.1 北京市内国道交通量调研

3.1.2 北京市内市道交通量调研

3.1.3 北京市内县道交通量调研

3.1.4 北京市内国道、市道和县道交通量对比分析

3.2 北京市实际使用汽车活载超限超载现状调研

3.2.1 各治超检测站最大车重分析

3.2.2 北京市重载路线车辆实际超限载情况调查分析

3.3 北京市使用汽车活荷载重载交通时间特征分析

3.3.1 北京市重载交通的季节特性

3.3.2 北京市重载交通日交通特征分析

3.4 北京市实际使用汽车活载效应分析

3.4.1 我国规范规定汽车荷载效应分析

3.4.2 北京市实际使用汽车活荷载效应分析

3.4.3 北京市实际使用汽车活载效应与规范荷载效应比较

3.4.4 北京市实际使用汽车活载效应值反算规范形式的荷载值

3.5 本章小结

第4章 横向铰接桥梁有限元模型分析

4.1 概述

4.2 横向铰接桥梁有限元模型的建立

4.2.1 有限元模型材料

4.2.2 网格划分与有限元模型的建立

4.2.3 有限元模型最不利加载方法

4.3 汽车活载对横向铰接桥梁的影响

4.3.1 规范车辆荷载对横向铰接桥梁的影响

4.3.2 北京市实际使用汽车活载对横向铰接桥梁的影响

4.3.3 实际使用汽车活载与规范荷载计算结果的比较

4.4 桥面铺装破损对横向铰接桥梁的影响

4.5 铰缝破损对横向铰接桥梁的影响

4.6 本章小结

第5章 横向铰接桥梁铰缝维修加固方法研究

5.1 横向铰接桥梁铰缝病害常用维修加固方法

5.1.1 桥面补强层加固方法

5.1.2 加强横向联系构件加固法

5.1.3 横向预应力加固法

5.1.4 横向铰接桥梁铰缝病害维修加固方法对比

5.2 桥面补强层加固效应有限元分析

5.2.1 工程背景

5.2.2 桥面补强层加固效果有限元分析

5.3 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢