基于裂缝特征在役混凝土桥梁结构状态评估

摘要

桥梁作为重要的交通枢纽，其安全性能及运营状况关系着国民经济的发展，且近年来时常有桥梁事故发生，这与桥梁结构损伤、老化等因素引起承载力不足及抗弯刚度折减有很大关系。因此，在役桥梁结构状态的评估已经成为当今工程领域最热门的课题之一。
　　 本文先介绍了国内外桥梁结构评估研究现状及发展趋势，并系统阐述了目前常用的评估方法，综述了其优缺点及实际工程中的实用性，并提出基于裂缝特征桥梁结构状态的评估方法。同时，对混凝土结构开裂成因、裂缝机理及裂缝分析方法做了详细介绍，认为数理统计方法简单、适用且具有一定的可靠性。
　　 本文对试件加载过程进行了有限元仿真模拟，分析了试件加载过程中其跨中挠度、截面应力的变化及裂缝开展情况，并与试验结果进行了比较，其结果与试验结果吻合良好，从而验证了有限元模型的有效性并得到受拉钢筋应力与结构承载率的关系式。
　　 通过有限元数值模拟，分析裂缝特征参数对受拉钢筋应力的影响，由统计回归方法建立了裂缝特征参数与受拉钢筋的关系式，并以钢筋应力为中介，建立了裂缝特征参数与承载率的关系式。
　　 本文基于单筋梁受力理论，推导了裂缝高度与抗弯刚度的关系式；基于试验和有限元分析，引入了两种计算抗弯刚度折减系数的方法：理论计算法和荷载-挠度法，分析了试件在加载过程中其跨中截面抗弯刚的折减过程，并得到了裂缝高度、裂缝宽度与抗弯刚度折减系数的回归方程。
　　 最后，应用本文的评估方法，对实桥进行了承载力和刚度的初步评估，结果表明本文提出的评估方法是有效的、可行的。