实腹式石拱桥承载能力计算方法研究

摘要

依据《公路桥涵标准图》（石拱桥JT/GQB018-73）设计修建的实腹式石拱桥距今已经有30-40年的时间，由于各种原因实际运营中的这些桥梁出现了各种各样的病害，影响了正常使用急需检定评估或者维修加固。同时，这些桥梁的原设计计算由于忽略拱上建筑对承载能力的提高作用，仅考虑了主拱圈的承载能力，过于保守，所以如何正确检定其承载能力是工程实际中急需解决的问题。
　　本文利用大型有限元软件Ansys计算分析依据标准图集设计修建的实腹式石拱桥的承载潜力，适当考虑各种病害对承载能力的影响，并将标准拱的承载潜力量化，进而提出承载潜力系数法用来计算标准拱的实际承载能力。
　　首先，依据标准图集建立实腹式石拱桥的实桥模型及相应的裸拱理论模型，比较二者在相同荷载情况下的作用效应，并利用作用效应相对差值提出承载潜力系数的概念，将实腹式石拱桥的承载潜力量化。为了全面考虑影响承载能力的影响因素，在模型计算过程中同时了材料非线性及荷载横向分布，并总结承载潜力系数的一般规律;
　　然后，总结分析实腹式石拱桥的常见病害及其产生原因，根据其对承载能力的影响程度将常见病害分为主要病害和次要，并利用有限元软件分析主要病害对桥梁结构行为的影响;
　　最后，概括分析使用现有规范方法检定实腹式石拱桥承载能力的不足及局限性，进而提出承载潜力系数法及其适用范围。该方法同时考虑了病害影响、实腹式石拱桥的承载潜力、实际运营荷载的提高等方面的影响，可以用于标准拱承载能力的检定。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 石拱桥的发展概述

1．2 石拱桥的设计计算发展概述

1．2．1 石拱桥合理拱轴线的确定

1．2．2 石拱桥拱圈的合理截面

1．2．3 石拱桥的承载力研究现状

1．2．4 国外圬工拱桥检测评估的研究现状

1．3 实腹式石拱桥承载力计算评定的意义

1．4 本文的主要研究内容及研究意义

第二章 实腹式石拱桥承载能力计算方法概述

2．1 现行规范的计算评定要求

2．2 其他计算方法

2．2．1 等效梁柱法

2．2．2 有限元分析法

2．3 本章小结

第三章 实腹式石拱桥结构仿真分析

3．1 概述

3．2 石砌体的本构关系

3．2．1 石料的本构关系

3．2．2 砂浆的本构关系

3．2．3 石砌体的本构关系

3．2 单跨石拱桥三维仿真分析模型

3．2．1 概述

3．2．2 有限元模型的建立

3．3 有限元模型计算结果及分析

3．3．1 拱顶位置加载集中力

3．3．2 1／4跨位置加载集中力

3．4 拱上建筑联合作用分析

3．5 标准图集实腹拱桥承载潜力分析

3．5．1 承载潜力的量化方法

3．5．2 承载潜力系数计算

3．6 本章小结

第四章 实腹式石拱桥的病害分析

4．1 概述

4．2 实腹式石拱桥常见病害及其分析

4．2．1 主要病害

4．2．2 次要病害

4．3 石砌体的破坏机理

4．4 石砌体病害有限元模型

4．4．1 石砌体裂缝的Ansys模拟原理

4．4．2 已存在裂缝的有限元模拟

4．5 实腹式石拱桥的病害模拟及分析

4．5．1 裸拱的破坏机理

4．5．2 标准拱的拱圈破坏

4．5．3 拱石脱落病害模拟

4．5．4 拱顶竖向裂缝病害模拟

4．6 本章小结

第五章 承载潜力系数法及其适用范围

5．1 概述

5．2 常规方法评定承载能力方法分析

5．2．1 规范基本要求

5．2．2 规范方法的承载能力评定内容及其流程

5．2．3 规范方法的承载能力评定精度分析

5．2．4 规范方法的承载能力评定的局限性分析

5．3 工程反分析法检定承载能力

5．3．1 选择待识别的结构参数

5．3．2 基于最小二乘法的参数识别

5．4 承载潜力系数法

5．4．1 承载潜力系数法的理论推导

5．4．2 承载潜力系数法的适用范围

5．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献