基于裂缝特征在役混凝土桥梁结构状态评估

论文摘要

桥梁作为重要的交通枢纽,其安全性能及运营状况关系着国民经济的发展,且近年来时常有桥梁事故发生,这与桥梁结构损伤、老化等因素引起承载力不足及抗弯刚度折减有很大关系。因此,在役桥梁结构状态的评估已经成为当今工程领域最热门的课题之一。本文先介绍了国内外桥梁结构评估研究现状及发展趋势,并系统阐述了目前常用的评估方法,综述了其优缺点及实际工程中的实用性,并提出基于裂缝特征桥梁结构状态的评估方法。同时,对混凝土结构开裂成因、裂缝机理及裂缝分析方法做了详细介绍,认为数理统计方法简单、适用且具有一定的可靠性。本文对试件加载过程进行了有限元仿真模拟,分析了试件加载过程中其跨中挠度、截面应力的变化及裂缝开展情况,并与试验结果进行了比较,其结果与试验结果吻合良好,从而验证了有限元模型的有效性并得到受拉钢筋应力与结构承载率的关系式。通过有限元数值模拟,分析裂缝特征参数对受拉钢筋应力的影响,由统计回归方法建立了裂缝特征参数与受拉钢筋的关系式,并以钢筋应力为中介,建立了裂缝特征参数与承载率的关系式。本文基于单筋梁受力理论,推导了裂缝高度与抗弯刚度的关系式；基于试验和有限元分析,引入了两种计算抗弯刚度折减系数的方法：理论计算法和荷载—挠度法,分析了试件在加载过程中其跨中截面抗弯刚的折减过程,并得到了裂缝高度、裂缝宽度与抗弯刚度折减系数的回归方程。最后,应用本文的评估方法,对实桥进行了承载力和刚度的初步评估,结果表明本文提出的评估方法是有效的、可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 在役混凝土桥梁结构状态评估的研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第二章 在役桥梁结构状态评估理论及方法综述
• 2.1 桥梁结构状态的评估理论及方法
• 2.1.1 基于实桥调查及专家经验的方法
• 2.1.2 基于设计规范的方法
• 2.1.3 荷载试验法
• 2.1.4 基于结构可靠性理论的方法
• 2.1.5 基于层次分析的评估理论
• 2.2 基于裂缝特征桥梁结构状态评估方法的提出
• 2.3 本章小结
• 第三章 裂缝机理及分析方法
• 3.1 既有混凝土桥梁裂缝概述
• 3.2 裂缝开展引起因素
• 3.3 裂缝的计算理论
• 3.4 混凝土裂缝的分析方法
• 3.4.1 断裂力学法
• 3.4.2 损伤力学法
• 3.4.3 数理统计法
• 3.5 国内外规范裂缝宽度计算公式及控制标准
• 3.5.1 国内外规范裂缝宽度计算公式比较
• 3.5.2 国内外规范裂缝宽度控制标准
• 3.6 本章小结
• 第四章 裂缝特征与桥梁承载力的关联分析
• 4.1 基本理论
• 4.1.1 混凝土有限元模型和裂缝模型
• 4.1.2 混凝土和钢筋特性
• 4.1.3 材料屈服准则和破坏准则
• 4.1.4 单元选择及单元特性
• 4.1.5 迭代收敛准则
• 4.2 有限元模型分析及与试验对比
• 4.2.1 试件概况及材料参数计算
• 4.2.2 有限元模型的建立及求解设置
• 4.2.3 有限元模型与试验结果对比
• 4.2.4 有限元模型有效性的验证
• 4.3 裂缝特征参数与桥梁结构承载率的关联分析
• 4.3.1 正常使用阶段正截面弯矩计算公式
• 4.3.2 承载率与钢筋应力的关系
• 4.3.3 裂缝特征参数与钢筋应力的关系
• 4.3.4 裂缝特征参数与承载率的关系
• 4.4 本章小结
• 第五章 裂缝特征与抗弯刚度的关联分析
• 5.1 概述
• 5.2 单筋矩形梁受力分析
• 5.3 截面抗弯刚度折减系数的计算
• 5.3.1 刚度折减系数计算方法
• 5.3.2 刚度折减系数的计算
• 5.3.3 两种方法的对比
• 5.4 抗弯刚度折减系数与裂缝特征的关系
• 5.4.1 裂缝宽度与抗弯刚度折减系数的关系
• 5.4.2 裂缝高度与抗弯刚度折减系数的关系
• 5.4.3 裂缝间距与抗弯刚度折减系数的关系
• 5.5 抗弯刚度折减系数的修正
• 5.6 本章小结
• 第六章 桥梁评估实例
• 6.1 概述
• 6.2 桥梁结构评估的步骤
• 6.3 实桥评估
• 6.3.1 桥梁概况
• 6.3.2 检测结果
• 6.3.3 承载力评估
• 6.3.4 抗弯刚度评估
• 6.4 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢