连续刚构箱梁桥腹板及顶板裂缝成因分析与维修加固

摘要

随着国家基础设施建设的快速发展，预应力混凝土连续箱梁桥以其结构刚度大、行车平顺性好、伸缩缝少和养护简单等特点，已经成为公路建设中最主要的桥型之一。但随着预应力混凝土连续刚构桥箱梁桥的大量修建，普遍存在的箱梁开裂问题越来越引起人们的关注。这些出现裂缝的桥梁按照现行规范验算一般不会出现裂缝，然而多数桥梁在运营过程中却出现了较严重的裂缝，这些裂缝对箱梁桥的安全性、耐久性均构成了较大的威胁，因而影响了其在公路建设中的进一步使用。因此对连续刚构箱梁桥的裂缝成因进行分析研究并有针对的提出加固改造措施具有重大的意义。
　　本论文简要列出了连续刚构箱梁桥的不同类型裂缝，同时对连续刚构箱梁桥的计算分析方法和有限元分析理论进行了简要介绍;然后以黑龙江省某预应力混凝土连续刚构箱梁桥为工程实例，对其进行现场检测和荷载试验，检测结果表明该桥腹板、顶板均存在不同程度的开裂，上部结构承载能力及斜截面抗裂性不足;针对连续箱梁桥的腹板及顶板裂缝，采用平面杆系程序桥梁博士及空间有限元程序Midas FEA对其裂缝成因进行了详细分析，分析指出纵、竖向预应力损失、活载超载及箱梁腹板内外温差效应考虑不足是引起箱梁腹板开裂的主要原因;张拉顶板平弯预应力钢束及活载超载是引起顶板开裂的主要因素;最后综合外观检测、荷载试验结论及裂缝成因分析结果制定本桥的加固原则，拟定两种加固方案，并对其进行方案比选。因体外预应力结合粘贴钢板加固法在提高承载能力、改善正截面及斜截面应力及施工质量控制上均优于体外预应力结合增加腹板厚度加固方案，最终确定体外预应力结合粘贴钢板法为本桥的加固改造方案。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外连续刚构箱梁桥的发展概述

1．2．1 国内连续刚构箱梁桥的发展概述

1．2．2 国外连续刚构箱梁桥的发展概述

1．3 连续刚构箱梁桥裂缝类型

1．3．1 荷载引起的裂缝

1．3．2 变形引起的裂缝

1．3．3 材料恶化引起的裂缝

1．3．4 施工质量引起的裂缝

1．4 本文研究的主要内容

2 连续刚构箱梁桥裂缝检测及荷载试验

2．1 工程概况

2．2 连续刚构箱梁桥裂缝检测

2．2．1 腹板裂缝

2．2．2 顶板裂缝

2．2．3 检测结果初步分析

2．3 连续刚构箱梁桥荷载试验

2．3．1 荷载试验目的

2．3．2 荷载试验内容

2．3．3 试验孔及试验控制断面选择

2．3．4 荷载试验测点布置

2．3．5 试验加载工况及效率

2．3．6 静力荷载试验结果与分析

2．3．7 动力荷载试验结果与分析

2．3．8 静动力荷载试验结论

2．4 本章小结

3 连续刚构箱梁桥有限元分析理论

3．1 箱形梁受力特点及分析方法

3．1．1 箱形梁受力特点

3．1．2 箱形梁分析方法

3．2 结构有限元求解问题

3．2．1 单元分析

3．2．2 单元集合

3．2．3 问题的求解

3．3 结构有限元的分析过程

3．3．1 结构离散化

3．3．2 选择位移模式

3．3．3 装配集成

3．3．4 边界条件处理并求解节点位移

3．3．5 求支反力

3．3．6 其他力学量的计算

3．4 桥梁结构有限元分析

3．4．1 桥梁结构有限元分析的层次

3．4．2 桥梁结构有限元模型的建立

3．5 本章小结

4 连续刚构箱梁桥裂缝成因分析

4．1 腹板裂缝成因分析

4．1．1 平面杆系模型的建立

4．1．2 计算结果分析

4．1．3 腹板裂缝成因探讨

4．2 顶板裂缝成因分析

4．2．1 有限元模型的建立

4．2．2 汽车荷载有效分布宽度的计算

4．2．3 顶板正常使用阶段验算

4．2．4 顶板裂缝成因探讨

4．3 本章小结

5 连续刚构箱梁桥维修加固

5．1 加固改造原则

5．1．1 纵向抗弯加固

5．1．2 腹板斜截面抗剪加固

5．1．3 裂缝处理

5．2 加固改造方案比选

5．2．1 加固方案的拟定

5．2．2 桥梁检算系数及分项系数确定

5．2．3 持久状况承载能力极限状态验算

5．2．4 持久状况正常使用极限状态验算

5．3 加固改造方案

5．3．1 体外预应力设置

5．3．2 转向装置设置

5．3．3 腹板粘贴钢板

5．4 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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