现存预应力对混凝土桥梁性能的影响及CFRP加固效果研究

摘要

预应力混凝土以其诸多的优点，在国内外公路桥梁建设中得到广泛应用。但是过去桥梁设计荷载取值偏低，施工质量也控制不严格，导致随着公路桥梁交通负荷的加重，很多在役混凝土桥梁出现不同程度损坏，及时采取加固措施，确保其正常运营不容忽视。预应力钢束的应力状态决定桥梁的整体性能，可是在张拉施工以及桥梁运营过程中该应力会不断损失，目前桥梁的加固设计一般简单假定其预应力损失，与实际情况有所偏差，因此，本文以青岛市滨海路交桥为背景展开基于现存预应力的以下几方面研究:
　　 (1)利用有限元分析软件Midas Civil对实例预应力钢筋混凝土简支斜交空心板桥建立梁格法模型，进行其结构静力性能分析，研究现存预应力对该桥静力性能的影响规律。结果发现，该桥的跨中挠度和截面上、下缘应力均随着现存预应力的增大而呈线性变化。在此基础上，结合现场对该桥3#梁采用刻槽法应力释放试验所测得的跨中底面应力结果，对该预应力混凝土桥梁的现存预应力大小进行了推算，其预应力损失大约为23.7％。
　　 (2)对该预应力混凝土桥梁粘贴碳纤维布(CFRP)进行加固，通过有限元模拟研究分析了现存预应力对该桥CFRP加固效果的影响。结果表明，CFRP加固桥梁的跨中挠度和截面上、下缘应力均随着现存预应力的增大而呈线性变化，但是与未加固梁相比，变化率明显减缓。并且通过对比CFRP加固前后该桥的静力性能，可以发现粘贴CFRP加固后该预应力混凝土桥梁承载能力显著提高、截面受力状态明显改善，并且预应力损失越大，CFRP加固的改善效果越好。
　　 (3)在有限元模型中，采用“单元初始内力”的方式输入有效预应力，利用质量修正后的有限元模型进行基于现存预应力的在役混凝土桥梁动力性能分析，主要分析了现存预应力对CFRP加固前后预应力混凝土桥梁自振频率的影响。研究发现，随着现存预应力的增大，CFRP加固前后桥梁的前三阶频率均有少量增加，其中低阶频率增加的幅度较大，并且与未加固桥梁相比，经过CFRP加固之后该桥的前三阶自振频率都有所增加，其中一阶频率增加了0.4Hz左右，二阶频率增加了0.2Hz左右，三阶频率增加了0.1Hz左右。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 在役预应力混凝土桥梁研究现状

1．2．1 在役预应力混凝土桥梁服役现状

1．2．2 现存预应力研究现状

1．3 CFRP加固技术的发展及研究现状

1．3．1 CFRP加固技术原理

1．3．2 CFRP在混凝土工程加固中的应用

1．3．3 CFRP加固技术的研究现状

1．4 本文主要研究内容

第2章 预应力混凝土桥梁结构分析及CFRP加固相关理论

2．1 预应力混凝土桥梁承载力影响因素

2．1．1 材料劣化的影响

2．1．2 桥梁病害和缺陷的影响

2．1．3 预应力损失的影响

2．1．4 运营超载的影响

2．2 现存预应力评价方法及原理

2．2．1 基于局部破损的试验方法

2．2．2 基于无损检测的评价方法

2．3 预应力混凝土有限元分析理论

2．3．1 有限元分析基本原理

2．3．2 有限元分析一般程序

2．3．3 梁格法有限元分析方法

2．4 CFRP加固混凝土梁的破坏模式

2．5 CFRP加固混凝土梁的承载能力计算理论

2．5．1 CFRP加固钢筋混凝土梁

2．5．2 CFRP加固预应力混凝土梁

2．6 本章小结

第3章 基于现存预应力的在役混凝土桥梁静力性能分析

3．1 工程概况

3．2 有限元模型的建立

3．2．1 有限元建模内容及要点

3．2．2 计算参数的选择

3．2．3 边界条件的确立

3．3 现存预应力现场测试方案

3．3．1 测点及应变花布置

3．3．2 测试内容及结果

3．4 有限元计算结果及分析

3．4．1 运营状态下现存预应力的影响规律分析

3．4．2 基于静力分析结果的现存预应力确定

3．5 本章小结

第4章 基于现存预应力的CFRP加固混凝土桥梁静力性能分析

4．1 概述

4．2 CFRP加固桥梁有限元模型修正

4．3 现存预应力对加固桥梁静力性能的影响

4．3．1 极限承载能力的变化

4．3．2 跨中挠度的变化

4．3．3 跨中截面应力的变化

4．4 本章小结

第5章 基于现存预应力的在役混凝土桥梁动力性能分析

5．1 动力分析基本理论

5．1．1 运动方程的建立

5．1．2 特征方程求解方法

5．2 有限元模型的修正

5．3 现存预应力对混凝土桥梁动力性能的影响

5．3．1 未加固桥梁的动力性能

5．3．2 CFRP加固桥梁的动力性能

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

在学期间发表的学术论文

致谢