复合主拱圈本构关系等效方法及模型试验研究

摘要

圬工拱桥凭借造型优美、取材方便、承载潜力大等优点在我国广泛修建,但近年来随着交通量快速增长,车流密度及车辆荷载越来越大,现有的许多圬工拱桥已经满足不了当前的使用要求。现阶段圬工拱桥的加固成了拱桥研究领域的一个重要课题。主拱圈是拱桥主要的承重结构,也是拱桥加固的重点。增大截面法加固圬工拱桥技术因其施工方便、造价低廉等优点,在我国得到越来越广泛的应用。
　　本文所研究的复合主拱圈是指采用增大截面法加固圬工拱桥后所形成的复合拱圈,此种加固方法是在拱圈表面增加混凝土拱肋或拱板,增加受力钢筋,使其与原拱圈成为一体,从而增大原拱圈有效高度和受力面积,增大其刚度,来达到提高拱圈承载力的目的。本文将砌体和混凝土两种材料按照统一理论,推导出了砌体和混凝土复合为一种材料的统一本构关系,并且基于四种不同的混凝土材料模型,分别计算了其统一本构关系。为了研究复合主拱圈加固法的受力性能及验证统一本构关系,本文依托于某实际工程设计制作了四个加固层宽度不同的试件A、B、C、D,在200吨千斤顶下进行了模型试验,采集了试件的应变、挠度等数据。同时利用大型有限元程序ANSYS基于推导出的统一本构关系对各试件进行了详细的受力分析和对比。
　　通过承载能力、破坏形态、混凝土和砌体的应力应变曲线及实测本构关系等几方面理论计算和试验结果的对比,本文发现复合主拱圈加固圬工拱桥能够确保加固层和原结构层协调变形、共同受力,较大幅度地提高了原结构的承载能力。同时混凝土采用Rusch二次抛物线加水平直线模式推导出的砌体和混凝土的统一本构关系与实际情况最为接近,且此计算公式也是偏安全的,可在工程实践中起一定参考作用。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 桥梁加固研究意义及现状

1.2 圬工拱桥常见病害及其影响

1.3 圬工拱桥加固的方法

1.4 本文主要研究内容

第二章 复合主拱圈加固方法

2.1 圬工拱桥构造特点及套拱加固

2.2 复合主拱圈加固方法

2.3 施工工艺

2.4 复合拱圈受力特点及分析方法

2.5 依托工程

2.6 本章小结

第三章 复合主拱圈偏心受压本构关系

3.1 前言

3.2 基本假定

3.3 组成材料应力应变关系

3.4 复合主拱圈偏心受压本构关系

3.5 本章小结

第四章 模型试验

4.1 相似关系

4.2 模型试验设计制作

4.3 试验结果

4.4 本章小结

第五章 有限元仿真分析

5.1 有限元模型计算概述

5.2 有限元数值分析对比

5.3 实例验证

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢