钢-混凝土组合梁桥耐久性若干问题的研究

摘要

结构的耐久性是一个历史性问题，但耐久性这个概念成为工程人员与科研工作者耳熟能详的一个名词，并成为结构工程界研究的一个热点，则是近十几年来的事情。在最新的桥梁结构相关标准和规范中，均明确提出桥梁结构要具有足够的耐久性能。回顾耐久性研究的历史我们却发现，现有的耐久性内容多集中于钢筋混凝土或预应力混凝土结构及其构件，已有的研究成果不足以让我们对钢-混凝土组合梁桥结构及其构件使用年限内的耐久性能有一个完整的认识。事实上随着钢-混凝土组合梁桥使用年限的增加，逐渐步入其生命周期的一个阶段，也开始暴露出一些特有的耐久性问题，而目前并无相应的理论或计算方法。基于此背景，本文针对钢-混凝土组合梁桥耐久性的若干问题开展研究工作。
　　1）钢-混凝土组合梁桥构件层次的耐久性研究：基于材料及构件层次的耐久性研究是解决结构耐久性问题的基础，而目前研究对象多集中于钢筋混凝土和预应力混凝土构件，就钢-混凝土组合梁桥而言，缺少对其关键构件——抗剪连接件耐久性能的认识和了解。本文首次对钢-混组合梁梁桥常用的栓钉连接件进行了耐久性试验研究，采用人工电化学试验方法模拟栓钉连接件可能受到的环境侵蚀作用，然后通过静载试验和疲劳试验，探讨栓钉连接件锈蚀后的静力工作性能和抗疲劳性能。试验结果表明，栓钉连接件锈蚀后的抗剪承载力、抗剪刚度、疲劳寿命等基本力学性能均出现了不同程度的变化，不同的锈蚀特征造成的影响程度不同。此外，本文对栓钉连接件由于完全承受结合面处剪力反复作用而导致的静力承载力降低程度进行了分析。组合梁桥控制截面处的栓钉连接件处于较高应力状态，车辆荷载的反复冲击对其造成不可逆的损伤，这种损伤不断积累必然造成栓钉极限承载力的下降。本文基于断裂力学的方法建立了栓钉连接件真实承载力与疲劳荷载关系的计算模型，然后通过试验数据归纳分析确定了近似计算公式。基于该公式，分析了栓钉直径和初始缺陷率，以及疲劳应力幅值对使用寿命期内栓钉极限承载力退化程度的影响。
　　2）建立钢-混凝土组合梁桥结构耐久性设计的总体框架和基本流程：目前，关于桥梁结构耐久性设计方法尚无统一的规定，不同学者基于各自理念对桥梁结构耐久性设计的总体框架和设计内容提出了不同的看法。本文归纳了目前常见的几种结构耐久性设计方法，基于对耐久性内涵的理解，提出桥梁结构耐久性设计应该是涵盖桥梁整个设计使用寿命内，保证桥梁结构在设计使用年限内具有足够耐久性能的系统工程。从时间上来划分，它包括初步设计阶段结构材料、几何尺寸及构造的耐久性设计，施工阶段施工质量的耐久性控制要求，以及使用阶段养护、维修及加固预案的设计。在此基础上，结合钢-混凝土组合梁桥的结构特点，本文初步建立了该桥型耐久性设计的总体框架和基本流程，并对每项设计内容作了具体介绍；总结了钢-混凝土组合梁桥在不同环境作用下可能遭受的主要侵蚀作用，并给出了其结构及构件设计使用寿命建议值。并对钢-混凝土组合梁桥材料耐久性要求，结构构造细节耐久性要求，防排、水措施等提出了设计原则和建议。
　　3）钢-混凝土组合梁桥使用寿命期养护、维修措施和加固方法研究：良好的日常养护和有效的加固措施是在使用寿命期内维持桥梁结构耐久性能的重要手段。本文分析了钢-混凝土组合梁桥结构及构件常见的损伤退化形式，提出了相应的基本养护、维修措施。并基于对钢-混凝土组合梁桥结构及构件使用期内性能退化程度的分析，提出了相应的预防性的、提前性的维修及加固措施，保证了桥梁在设计使用期内具有良好的工作性能。文章最后针对目前缺少钢-混凝土组合梁桥加固设计方法，尤其是与我国现行桥梁设计规范相适应的计算理论和方法，建立了粘贴碳纤维片材加固钢-混凝土组合梁桥基于塑性理论的抗弯承载能力极限状态的计算公式；提出了采用体外预应力技术加固该类桥梁的计算模型。可供同类桥梁的加固工程参考。

目录

钢-混凝土组合梁桥耐久性若干问题的研究

RESEARCH ON SOME PROBLEMS INDURABILITY OF STEEL-CONCRETECOMPOSITE BEAM BRIDGES

摘 要

Abstract

目 录

Contents

第1 章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状及存在的问题

1.3 本文的主要研究内容

第2 章 栓钉连接件寿命期性能退化规律研究

2.1 栓钉连接件的特点及基本力学性能

2.2 锈蚀对栓钉连接件静力工作性能的影响及试验研究

2.3 锈蚀对栓钉连接件抗疲劳性能的影响及试验研究

2.4 静力承载力-疲劳寿命的相互关系

2.5 本章小结

第3 章 混凝土桥面板及钢梁的耐久性分析

3.1 混凝土桥面板的损伤退化及耐久性分析

3.2 钢梁使用寿命期内的损伤退化

3.3 本章小结

第4 章 钢-混凝土组合梁桥耐久性的总体框架

4.1 耐久性的基本定义及组合梁桥耐久性的具体内涵

4.2 钢-混组合梁桥耐久性设计的总体框架

4.3 钢-混组合梁桥耐久性设计的主要内容

4.4 本章小结

第5 章 钢-混凝土组合梁桥管养措施及加固方法研究

5.1 钢-混凝土组合梁桥常规的养护、维修措施

5.2 钢-混凝土组合梁桥基于耐久性要求的养护、维修措施

5.3 钢-混凝土组合梁桥的加固方法

5.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及其它成果

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢

个人简历

中国知网授权书