外包混凝土加固结构的受力性能与工程应用

摘要

应用外包混凝土法（也称增大截面加固法）加固的构件，其受力特性不同于一次性成型的整体式构件，新增结构具有应力滞后特性，加固效果也与原结构的受力状况有关。为了完善外包混凝土加固构件的计算方法，掌握加固前、后桥梁结构受力性能的变化，得到加固效果受哪些因素的影响，确定外包混凝土法的实际加固效果，本文从加固构件正截面承载力计算方法、加固实际工程的应用研究、加固前（后）桥梁结构计算，和实桥静载试验评价其加固效果，四个方面展开研究。 正截面承载能力计算方法的研究方向包括最常见的两种构件——受弯构件和偏心受压构件的正截面承载力计算公式，及其它相关计算公式。研究中涉及了三种加固受弯构件承载力极限状态破坏情况，与九种加固偏心受压构件承载力极限状态破坏情况。研究表明，加固结构属于哪种破坏形式，与新增结构的滞后应变有关，即与原结构在一期荷载下产生的效应及加固前、后构件的截面尺寸有关。 实际工程应用研究则从外包混凝土法加固斜腿刚架拱的适应性、加固前大桥上部结构原有病害情况与无损专项检测、斜腿刚架拱的加固技术这几个方面着手。 进行加固前、后桥梁结构的理论分析时，分别应用ANSYS软件建立了三维实体空间有限元模型，及MIDAS—Civil软件建立平面杆系模型对桥梁进行加固前、后的结构计算。对计算结果进行分析后认为外包混凝土法应用于斜腿刚架拱桥各构件加固的效果为：主拱肋跨中>主拱腿拱脚>主拱肋L/4截面（主拱肋）；外弦杆>内弦杆（上弦杆）。其加固效果与相关因素的关系为：①外包混凝土法的加固效果和一期弯矩与二期弯矩之比呈反比；②在新增结构层厚度一定时，加固效果与原结构截面的高度呈反比。外包混凝土法与增强横向联系、加强桥面系配合使用时，亦有助于各主拱片共同承担荷载，加强了桥梁的横向整体受力性能。 最后通过现场静载试验对外包混凝土法应用于实桥加固的效果进行了评价。试验结果表明，加固后的桥梁其承载能力能够达到加固设计荷载等级的使用要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章引言

1.1研究背景

1.2外包混凝土加固法研究现状

1.2.1现有外包混凝土加固法的计算理论

1.2.2外包混凝土法在桥梁加固工程上的应用

1.2.3外包混凝土加固结构的计算分析

1.3论文背景

1.4本文的主要研究工作与目的

1.5本文的主要创新点

第2章外包混凝土加固结构的正截面承载力计算方法

2.1加固受弯构件正截面承载力计算方法

2.1.1工计算方法研究的基本假定

2.1.2加固受弯构件的三种界限承载力极限状态破坏形式

2.1.3滞后应变εs21

2.1.4原结构钢筋及新增钢筋的屈服条件

2.2.5加固受弯构件正截面承载力计算公式

2.2.6各种界限破坏的最大配筋率计算公式

2.2加固偏心受压构件正截面承载力计算方法

2.2.1计算方法研究的基本假定

2.2.2加固偏心受压构件的九种界限承载力极限状态破坏形式

2.2.3滞后应变εc21及εs21

2.2.4加固偏心受压构件各种界限破坏形式的大、小偏压界限

2.2.5加固偏心受压构件正截面承载力计算公式

2.3本章小节

第3章外包混凝土法加固实际工程的应用研究

3.1斜腿刚架拱桥的特点

3.1.1斜腿刚架拱桥的创建与发展

3.1.2斜腿刚架拱桥的结构特点

3.1.3斜腿刚架拱桥的主要病害及原因分析

3.1.4斜腿刚架拱桥应用到的加固技术

3.2外包混凝土法加固斜腿刚架拱桥的适应性

3.3外包混凝土法加固斜腿刚架拱桥的应用研究

3.3.1大桥概况

3.3.2加固前大桥病害情况

3.3.3大桥原结构专项检测

3.3.4大桥上部结构(斜腿刚架拱)加固技术

3.4本章小节

第4章外包混凝土法加固斜腿刚架拱桥结构计算

4.1利用ANSYS软件进行结构计算

4.1.1三维实体有限元模型的建立

4.1.2结构计算及结果

4.1.3计算结果分析

4.2利用MIDAS-CiVil软件进行结构计算

4.2.1平面杆系有限元模型的建立

4.2.2结构计算及结果

4.2.3计算结果分析

4.3依据结构计算结果得到的加固效果及加固技术研究

4.4本章小节

第5章静载试验评价外包混凝土法加固效果

5.1静载试验概况

5.2静载试验项目、部位及荷载试验效率

5.2.1试验项目

5.2.2主要测试部位及项目

5.2.3静载试验荷载效率的确定

5.2.4测试采用的仪器设备

5.3试验工况和试验加载

5.3.1试验工况

5.3.2试验加载布置

5.4石排大桥试验加载理论分析

5.4.1试验加载理论分析原理

5.4.2理论计算要点

5.4.3理论计算结果分析

5.5现场荷载试验

5.6试验数据分析、评定

第6章结论与展望

6.1结论

6.2进一步的研究方向

致谢

参考文献

附录科技查新报告

个人简历 在读期间发表的学术论文