既有预应力混凝土组合箱梁桥承载力评估方法研究

摘要

对既有公路桥梁进行承载力评估一方面可以对其结构现状进行合理评价，以揭示其潜在的危险，并及时做出维修或拆除的决策，另一方面研究成果还可用于改进和完善桥梁结构的设计方法。因此对既有桥梁结构进行承载力评估，有着重大的理论意义和实践意义，已经成为桥梁工程界普遍关注的热点问题之一。 本文以京沪高速公路大跨桥梁—预应力混凝土组合箱梁桥为工程背景，围绕既有公路桥梁承载力评估这一主题，开展了损伤识别方法、荷载特征参数和斜截面抗力参数的灵敏度、抗力衰减以及结构体系可靠性等一系列相关的研究工作，所取得的主要成果如下： 1．根据大跨预应力混凝土组合箱梁的受力特点，建立了五跨一联的基准模型，运用动力识别指标一柔度法和模态应变法分别对其进行了损伤识别的研究，对比分析了两种方法的识别效果；在此基础上，提出了一种新的识别方法一基于数据融合的改进模态应变法，研究结果表明，该方法能够准确识别在损伤较小的情况，并且对环境噪声具有良好的鲁棒性。 2．在对结构损伤识别的基础上，研究了含损状况下预应力混凝土组合箱梁桥的承载力系数、可靠度指标，并进行了对比分析。研究结果表明，在任意交通状态下，结构损伤位置以及损伤程度相同的情况下，结构可靠度指标β和承载力系数RF嘟能够同时判断出结构是否满足使用要求；在密集交通状态下，第一跨20％的损伤可视为其承载力是否满足使用要求的临界值；在一般交通状态下，第一跨30％的损伤可视为其承载力是否满足使用要求的临界值。同时上述研究成果也为今后对结构进行损伤识别数值模拟时，模拟结构的损伤程度范围提供参考。 3．在对预应力混凝土组合箱梁结构斜截面计算模式的选取进行研究的基础上，研究了斜截面抗剪抗力参数包括混凝土强度等级、箍筋配筋率、纵向受拉钢筋配筋率以及预应力等对结构斜截面可靠性的灵敏度。结果表明，箍筋配筋率对抗剪失效模式的灵敏度最大，混凝土强度等级次之，纵向受拉钢筋配筋率和预应力的灵敏度最小；将荷载增长系数和荷载横向分布系数视为随机变量，研究了其对结构主梁可靠性的影响，研究结果表明，荷载横向分布系数和荷载增长系数的不确定性对结构可靠性的影响非常明显。 4．在分析了影响预应力混凝土结构构件抗力衰减的因素和衰减模型的基础上，全面评价了结构各失效模式在服役期间的可靠性。对比分析了既有预应力混凝土组合箱梁桥主梁抗弯和结合面抗剪的可靠性，认为在保证主梁具有足够可靠性的前提下，应重视结合面的设计和养护维修。研究了温差对主梁可靠性的影响，结果表明，温差对结构可靠性的影响很大，对温度变化幅度较大的地区尤其要引起重视。 5．基于条件概率法研究了预应力混凝土组合箱梁桥的体系可靠性，结构体系可靠度指标随服役期的增长而逐渐下降，这正是由于构件抗力随时间逐步劣化的结果。在此基础上，研究了不同失效模式可靠度指标对结构体系可靠性的灵敏度，提出一种计算失效模式的灵敏度系数的方法。采用该方法计算了该箱梁桥不同失效模式的灵敏度系数，根据失效模式的灵敏度系数可以确定其在结构体系中的重要性，其分析结果可以为在服役期内结构各构件的养护维修以及维修加固策略提供依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1引言

1.2不同类型的桥梁评估方法与分类

1.3桥梁承载力评估的研究现状和有待解决的问题

1.3.1基于规范方法的承载能力评估

1.3.2基于可靠度的结构承载能力评估

1.3.3结构系统的可靠性研究

1.3.4桥梁结构整体评估方法

1.4本文的研究目的及主要研究内容

参考文献

第二章 改进模态应变能法在预应力凝土组合箱梁桥损伤识别中的应用研究

2.1引言

2.2计算模型研究

2.2.1研究背景

2.2.2建模方法

2.2.3计算模型的应用分析

2.3动力识别指标的对比分析

2.3.1频率法

2.3.2模态保证标准

2.3.3柔度差

2.3.4应变类参数

2.3.5模态应变能法

2.3.6数值模拟分析

2.4基于数据融合的模态应变能法的改进研究

2.4.1多源信息融合技术

2.4.2基于信息融合的模态应变能法研究

2.4.3数值模拟分析

2.4本章小结

参考文献

第三章 含损状况下预应力混凝土组合箱梁桥承载力分析研究

3.1引言

3.2结构数学模型

3.3荷载模型

3.3.1恒载模型

3.3.2活载模型

3.3.3车辆荷载效应计算与统计分析

3.4荷载横向分布系数研究

3.4.1刚接梁法

3.4.2杠杆原理法

3.5结构承载力分析研究

3.5.1基于可靠度的结构承载力分析

3.5.2基于规范的结构承载力分析

3.5.3数值分析

3.6本章小结

参考文献

第四章 既有预应力混凝土组合箱梁桥可靠性灵敏度分析

4.1引言

4.2灵敏度参数统计分析

4.2.1随机变量的灵敏度分析

4.2.2混凝土强度的历时变化模型

4.2.3荷载参数统计分析

4.2.4影响抗力参数统计分析

4.3斜截面受剪承载力可靠性分析

4.3.1斜截面的受力特点分析

4.3.2不同斜截面计算模式对受剪承载力可靠性的灵敏度分析

4.3.3抗力参数对受剪承载力的灵敏度分析

4.4荷载特性参数对结构可靠性的灵敏度分析

4.4.1材料的疲劳性能

4.4.2荷载特征参数的灵敏度分析

4.4.3荷载横向分布系数的灵敏度分析

4.5本章小结

参考文献

第五章 既有预应力混凝土组合箱梁桥主梁可靠性分析

5.1概述

5.2目标可靠度指标β的确定

5.3既有预应力混凝土桥梁结构的抗力分析

5.3.1既有预应力混凝土桥梁结构抗力衰减的主要影响因素

5.3.2既有预应力混凝土桥梁结构抗力衰减模型

5.4主梁可靠性分析

5.4.1荷载和混凝土强度对主梁可靠性的影响

5.4.2不同抗力衰减模型对结构主梁可靠性的影响

5.4.3温差对主梁可靠性的影响分析

5.5预应力混凝土组合箱梁主梁抗弯和结合面抗剪的可靠性分析

5.5.1主梁抗弯失效模式可靠性分析

5.5.2结合面抗剪失效模式可靠性分析

5.6本章小结

参考文献

第六章 既有预应力混凝土组合箱梁桥体系可靠性分析

6.1引言

6.2结构体系组成分析

6.3结构体系可靠性的研究

6.3.1结构体系失效概率的基本表达式

6.3.2结构体系可靠度分析中的相关性

6.3.3结构体系失效概率的点估计法

6.4预应力混凝土组合箱梁体系可靠性分析

6.4.1结构体系可靠性分析

6.4.2失效模式对结构体系的影响分析

6.5本章小结

参考文献

第七章 总结与展望

7.1本文主要研究内容与成果

7.2研究展望

攻读博士学位期间发表的论文及参与的科研项目

一.发表的论文

二.参与的科研项目

致谢