在役双曲拱桥增大截面加固后时变可靠度研究

摘要

20世纪50年代以来，我国修建了一大批混凝土桥梁，随着使用时间的推移、交通量的增长和车辆荷载的提高，既有桥梁安全评估和使用寿命问题提到了重要的议事日程上来。由于存在问题的既有桥梁数量众多，分析既有桥梁的剩余承载力和后续服役期内的使用性能对合理利用既有桥梁，精确评估既有桥梁剩余寿命和维修加固决策有重要的经济意义和研究价值。加固、维修既有桥梁，不仅提高现有桥梁通行能力，缓解日趋紧张的交通压力，而且可以节省资金，使桥梁建设可持续发展，因此，既有桥梁的维修加固具有深刻的理论背景和广阔的应用前景。采用增大截面加固既有桥梁作为一种常用的加固方法，可以有效的提高了既有桥梁的承载力和剩余使用寿命。
　　 在借鉴前人研究成果的基础上，首先分别考虑影响抗力衰减的各种因素，建立混凝土强度、钢筋强度、钢筋截面面积的历时变化等模型，在此基础上建立多因素综合作用下的结构抗力衰减模型。其中的重点是混凝土的碳化和钢筋的锈蚀对抗力衰减的影响。
　　 荷载是桥梁结构上的主要作用之一，包括恒载及车辆荷载，将其均视为随机变量。依据国内外各种调查资料，分别引入恒载及车辆荷载随机变量模型，其中恒载呈正态分布，车辆荷载为极值Ⅰ型分布。
　　 在抗力衰减模型及桥梁荷载模型的基础上，推导出了加固后桥梁结构承载力极限状态方程，将时变可靠度理论引入加固后桥梁的评定中。利用有限元程序Midas/Civil对一双曲拱桥进行分析，分别建立了加固前、后的模型，计算了结构在恒载和活载作用下的内力图。一般来讲，拱桥是受压构件或压弯构件，本文通过计算分析发现，采用增大截面加固后的双曲拱桥截面破坏的主要原因是弯矩过大，因此可以将双曲拱桥看作是受弯构件，将出现最大弯矩的拱脚处作为控制截面。根据计算分析得到的统计参数计算双曲拱桥加固前后的时变可靠指标，并进行对比分析。然后，根据目标可靠度，对加固后双曲拱桥的寿命做出初步预测。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 结构可靠度研究的发展状况

1.3 既有桥梁结构时变可靠度的发展

1.4 本文研究的目的、内容和技术路线

第2章 在役双曲拱桥加固后时变可靠度理论及计算方法

2.1 引言

2.2 桥梁结构可靠度的基本概念和原理

2.2.1 结构可靠性与可靠度

2.2.2 结构的极限状态

2.2.3 失效概率及可靠度指标

2.3 可靠度问题的计算方法

2.3.1 一次二阶矩的中心点法

2.3.2 一次二阶矩的验算点法

2.3.3 蒙特卡罗法

2.3.4 响应面法

2.4 加固后的双曲拱桥时变可靠度分析方法

2.4.1 既有桥梁的时变可靠度

2.4.2 既有桥梁加固后时变可靠度

2.5 小结

3 考虑抗力随时间变化的可靠度分析

3.1 引言

3.2 影响结构抗力的因素分析

3.2.1 混凝土碳化

3.2.2 钢筋锈蚀

3.3 抗力随时间变化的计算模型

3.4 抗力随时间变化的计算方法

3.5 小结

4 荷载作用的统计参数研究

4.1 引言

4.2 既有桥梁荷载分析

4.3 拱桥上的永久作用

4.4 拱桥上的可变作用

4.3 小结

5 既有双曲拱桥加固后时变可靠度分析

5.1 引言

5.2 工程概况

5.3 加固前结构可靠度分析

5.3.1 恒载内力分析

5.3.2 活载内力分析

5.3.3 加固前可靠度计算

5.4 加固方案和施工要点

5.4.1 加固方案

5.5 增大截面加固后双曲拱桥时变可靠度分析

5.5.1 增大截面加固法的受力特点及计算要点

5.5.2 基本假设

5.5.3 双曲拱桥加固前、后恒载对比分析

5.5.4 活载对比内力分析

5.5.5 加固后可靠度计算

5.6 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢