预应力混凝土T梁加固有限元分析及正截面承载力计算方法研究

摘要

预应力混凝土结构具有结构刚度好、变形小、伸缩缝少、养护简单、抗震能力强、行车平顺舒适等优点，在公路桥梁方面得到了广泛的应用，我国建造的梁桥中有75％以上采用预应力混凝土结构。目前我国许多旧桥都存在着不同程度的混凝土开裂、承载力不足等病害，造成车辆通行不畅，严重时甚至阻断交通，危害国家经济和人民生活，关于桥梁结构的加固方案的选择优化已经成为研究热点。但是，对大型预应力桥梁的加固方案优化研究目前在国内外还比较少见，故本文对预应力混凝土T梁各加固方案进行对比分析具有现实意义。
　　 本文分析了桥梁结构的常见病害，采用大型有限元软件ANSYS，对预应力混凝土T形截面梁进行仿真分析，研究了粘贴钢板、粘贴碳纤维、增大截面以及混合加固等几种常见方法的加固效应，分析了各加固措施对其正截面极限抗弯承载力、挠度、刚度、塑性变形能力以及裂缝开展情况等方面的影响，总结出几种加固方法的优缺点，方便实际工程的应用。本文还利用MathCAD编辑了预应力混凝土构件正截面抗弯承载力的计算程序，对有限元仿真分析结果进行了验证。
　　 研究发现，增大截面并粘贴钢板的混合加固法在提高预应力混凝土T形截面梁的正截面极限抗弯承载力、抑制裂缝发展、改善构件刚度等方面效果最为显著，但可能会降低构件的塑性变形能力；粘贴碳纤维法及粘贴钢板法均能有效改善构件塑性变形能力，但对于截面高度较大的构件，粘贴碳纤维法在提高其正截面抗弯承载力方面并无明显效果，建议实际工程中慎用；《公路桥梁加固设计规范》中的部分公式略有缺陷，本文经大量理论研究，结合有限元仿真分析，提出了能够精确、迅速得出预应力构件正截面抗弯承载力的新方法——MathCAD编程计算法，经验证，该方法可推广到任意截面构件的正截面抗弯承载力计算。