FRP加固钢筋混凝土简支T梁桥抗弯可靠度研究

摘要

粘贴纤维复合材料(FRP)进行钢筋混凝土桥梁加固因具有多方面良好的性能而在既有桥梁维修加固中得到广泛的应用。加固后结构是由既有桥梁结构和新增FRP材料组成的新的组合结构，其性能更为复杂。既有结构的承载能力状况和荷载作用等级都将对加固后结构的性能产生影响，新增FRP材料的性能及加固工艺也将影响加固后结构的性能。同时，由于对于既有结构的性能及加固后结构中新旧材料协同工作的能力认识不特别清楚，在其设计中存在着很强的不确定性。
　　本文从既有结构可靠性出发，考虑服役预期改变后荷载极大值出现概率减小的情况，研究了既有桥梁可靠性分析时车辆荷载效应的计算模型。基于公路桥梁运营车辆荷载的平稳二项随机过程模型及规范中所规定的车辆荷载效应先验分布，考虑既有桥梁实际交通量等确定性信息及既有桥梁预期使用寿命，引入既有桥梁车辆荷载效应更新系数与折减系数，建立了既有桥梁车辆荷载效应分析模型;
　　对既有桥梁结构抗弯承载能力及可靠度进行了分析。研究将既有桥梁承载能力评定分项检算系数引入既有桥梁可靠性分析功能函数中。并引入检测不确定性因子考虑既有桥梁检测过程中由于检测人员主观经验所导致的不确定性，确定了不同类别既有钢筋混凝土简支T梁的可靠度范围。
　　在FRP加固技术的不确定性方面，考虑了FRP材料力学性能具有尺寸效应的特点，基于纤维材料尺寸效应分析的链束模型，提出了FRP材料尺寸效应的串并联模型。在此基础上，分析了FRP材料强度的均值、变异系数及分布类型随材料尺寸的变化而变化的情况，为进一步分析FRP加固钢筋混凝土结构的可靠度提供支持;
　　分析了多种既有桥梁初始状态下，钢筋混凝土简支T梁桥的加固需求，以及FRP板材和片材的加固能力。结合上述研究所提出的既有桥梁车辆荷载效应模型、承载能力分析模型及FRP材料力学性能不确定性模型，对FRP加固钢筋混凝土结构的可靠性进行分析，并进行敏感性分析，确定各个随机变量对加固后结构可靠性的影响程度;通过改变设计方案分析了对于同一情境下既有桥梁采用不同加固方案的可靠性指标提升量与加固成本之间的关系。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及意义

1．2 研究现状

1．2．1 既有结构可靠度研究发展与现状

1．2．2 FRP加固结构性能评估研究现状

1．3 本文研究内容

1．4 本章小结

2 既有公路桥梁车辆荷载效应统计模型

2．1 公路桥梁车辆荷载效应随机过程及统计参数

2．1．1 我国公路桥梁车辆荷载规定

2．1．2 常用可变作用随机过程概率模型

2．2 考虑桥梁实际交通量及剩余使用寿命的车辆荷载效应

2．2．1 车辆荷载效应分布的更新

2．2．2 考虑既有桥梁服役基准期的车辆荷载效应折减系数

2．3 本章小结

3 既有RC简支T梁抗弯可靠度研究

3．1 钢筋混凝土T梁抗弯可靠度分析方法

3．2 钢筋混凝土简支T梁桥虚拟数据库

3．2．1 结构材料

3．2．2 结构尺寸

3．2．3 车辆作用

3．3 新建钢筋混凝土梁抗弯可靠度指标分析

3．3．1 可靠度指标的分布

3．3．2 可靠度指标影响因素分析

3．4 既有桥梁承载能力评定模型

3．5 既有桥梁可靠度指标

3．5．1 既有桥梁抗弯承载能力极限状态函数

3．5．2 既有桥梁可靠度分析

3．5．3 案例分析

3．6 本章小结

4 FRP加固钢筋混凝土梁的不确定性

4．1 FRP加固钢筋混凝土梁不确定性研究回顾

4．2 尺寸效应分析模型

4．2．1 尺寸效应的统计理论

4．2．2 能量释放引起的尺寸效应理论

4．2．3 基于分形特性的尺寸效应理论

4．3 FRP材料尺寸效应的串并联模型

4．3．1 串联模型

4．3．2 并联模型

4．3．3 串并联模型

4．4 FRP加固钢筋混凝土梁抗弯承载能力模型不确定性

4．5 本章小结

5 FRP加固钢筋混凝土梁抗弯可靠度评估

5．1 既有桥梁初始状况

5．1．1 结构加固原因

5．1．2 桥梁加固用纤维复合材料类型

5．2 FRP加固钢筋混凝土简支T梁可靠度分析

5．2．1 不同初始状况下既有桥梁加固需求分析

5．2．2 不同FRP材料加固能力分析

5．2．3 FRP加固钢筋混凝土简支T梁可靠度分布

5．3 加固成本分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果

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