基于荷载试验的RC简支梁桥刚度计算方法研究

摘要

中国交通事业及社会经济的飞速发展，现有的交通量和汽车载重量与日俱增，使得现有的钢筋混凝土桥梁的负担加重，给诸多桥梁结构带来了安全隐患，因此对钢筋混凝土桥梁进行合理且有效的承载能力评定是非常有必要的。通常在RC简支梁桥理论计算时，理论应变和挠度有多种计算方法，大部分理论认为截面开裂后截面刚度是一常值，实际上，钢筋混凝土梁的截面刚度会随外荷载的增大而减小，即刚度与所施加的汽车荷载有关。同时有关规范中刚度公式都是依据两个对称集中荷载简支梁的试验建立的半经验半理论公式，没有研究不同荷载形式对刚度及挠度的影响，计算复杂，经验性较强，而且在各种规范中规定的刚度公式用于最不利受力截面变形的计算与验算，而刚度公式能否用于任意截面应力（应变）和挠度的计算则没有明确规定。在荷载试验理论值计算时，如何准确计算其理论刚度或采用哪种理论刚度计算方法还值得进一步研究，因此，对RC梁桥的刚度计算方法进行研究进而分析不同计算方法对校验系数的影响具有重要的理论意义和实用价值。
　　从荷载试验的实际加载情况出发，结合开裂截面的裂缝发展机理，考虑混凝土材料的非线性，建立理论刚度和外荷载弯矩之间的关系，推导了RC简支梁开裂后截面刚度的计算公式，在此基础上提出了基于加载车辆形式的RC梁等效刚度的理论计算方法与公式，通过有限元非线性分析程序验证了截面刚度和等效刚度计算方法的可靠性。
　　以4片模型梁为依托，分别采用线性换算截面法、混凝土规范法、非线性算法对模型梁的理论应变进行计算，采用85规范、04规范、混凝土规范和曲率积分法对理论挠度进行计算，通过与实测值的对比分析，给出了RC梁的理论刚度计算方法的合理建议。以多座钢筋混凝土实桥为依托，通过荷载试验对钢筋混凝土简支梁桥的不同理论计算方法进一步分析验证，并给出了不同的理论刚度计算方法对应变校验系数和挠度校验系数的影响程度。最后将刚度和挠度的计算过程编制成系统的程序，提高计算效率。
　　该论文是课题陕西省交通厅“中小跨径梁桥荷载试验关键技术研究推广项目”（14-26T）的重要组成部分，研究成果将对钢筋混凝土梁桥的荷载试验结果及承载能力评定提供技术支持。

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第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2钢筋混凝土桥梁荷载试验研究现状及发展趋势

1.3桥梁刚度计算方法的研究现状

1.4主要研究内容

第二章 钢筋混凝土梁的理论刚度非线性计算方法及验证

2.1理论刚度概述

2.2刚度的理论计算方法

2.3刚度的规范计算公式

2.4截面刚度的非线性理论计算方法

2.5等效刚度的非线性理论计算方法

2.6刚度理论计算方法的有限元分析验证

2.7本章小结

第三章 基于模型试验梁的刚度计算研究

3.1模型梁试验概况

3.2不同刚度算法的理论应变对比

3.3不同刚度算法的理论挠度对比

3.4小结

第四章 基于钢筋混凝土实桥荷载试验的刚度分析方法研究

4.1凤县四区站台安河中桥

4.2宁夏香水河桥

4.3宁夏葫芦河桥

4.4李塬沙河桥

4.5新阎路栎阳桥

4.6基于不同计算方法的钢筋混凝土桥校验系数分布范围

第五章 荷载试验理论刚度计算的系统编程

5.1MATLAB简介

5.2MATLAB编制流程

5.3MATLAB程序界面

5.4程序实例

5.5小结

结论与展望

本文结论

研究展望

参考文献

附录

附录I：模型梁的理论计算值

附录II：实桥的理论计算值

附录III：实桥的等效刚度值

致谢