车辆荷载作用下开裂钢筋混凝土梁的动力特性研究

摘要

目前，我国桥梁数目和规模均居世界之首，其中仅公路桥梁的数量就已经接近80万座。与此同时，步入维修期的在役桥梁亦日渐增多，有超过10万座桥梁为危桥。钢筋混凝土桥梁是我国中小跨径桥梁中的主力桥梁。钢筋混凝土桥梁在运营过程中，会因超载、设计失误以及自然灾害等原因受损导致主梁开裂。裂缝的存在将对桥梁静动力性能产生影响，而车辆荷载的作用会放大裂缝的效应。本文以开裂的钢筋混凝土简支梁桥为研究对象，对车辆荷载作用下开裂桥梁的振动性能以及裂缝的扩展性能进行研究，可为开裂桥梁的损伤识别及损伤评估奠定理论基础。主要工作包括：
　　1.基于断裂力学理论，通过设定混凝土裂缝的传力宽度阈值，建立了混凝土呼吸裂缝的变刚度模型。通过该模型可以在有限元建模的时候使用弹簧单元来考虑裂缝的非线性特性。
　　2.通过对比分析不同的呼吸裂缝模型发现，呼吸裂缝的非线性会导致梁体发生亚谐振动。可以利用亚谐振动的频率幅值的变化，建立车辆荷载与桥梁损伤程度之间的关系，对混凝土主梁裂缝进行识别。
　　3.提出了车桥耦合振动分析和相互作用积分结合的方法求解车辆过桥过程中桥梁裂缝的三维动态应力强度因子的方法。该方法能够考虑惯性的作用。并通过设定一个扩展评估参数，对桥梁中的混凝土裂缝动态扩展性能进行量化。
　　4.对不同工况下钢筋混凝土简支T梁裂缝的扩展性能进行分析表明，车重、路面不平顺和损伤程度对裂缝扩展性能影响较大，而结构阻尼、车速和裂缝形态对其影响不大。

目录

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2车辆荷载作用下开裂梁振动特性研究进展

1.3三维动态应力强度因子研究进展

1.4本文的思路和研究内容

第2章 开裂梁动力特性研究的理论基础

2.1引言

2.2断裂力学理论

2.3车桥耦合振动理论

2.4小结

第3章 移动车辆作用下开裂钢筋混凝土梁非线性振动特性

3.1 引言

3.2裂缝模型

3.3开裂钢筋混凝土梁与车辆荷载耦合振动方程

3.4算例分析

3.5小结

第4章 基于车桥耦合的开裂梁三维动态应力强度因子

4.1引言

4.2车桥动力模型

4.3三维动态应力强度因子的求解

4.4裂缝评价标准

4.5算例分析

4.6小结

第5章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

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致谢