简支转连续体系自应力法加固旧桥研究

论文摘要

上世纪50～90年代我国修建了大量的装配式简支梁桥。随着运营年限的增加及我国经济建设的高速发展,行车数量、载重量和车速的不断提高,大量此类桥梁面临承载能力下降、设计荷载不足的窘境。为了提高此类桥梁的承载能力和安全性能,进行简支转连续的体系转换加固方法是一种比较有效的方法,即针对需加固的简支梁旧桥,将多跨简支梁的梁端连接起来变为多跨连续梁,以达到改善结构受力状况、提高桥梁承载能力、延长桥梁剩余使用寿命、节省资金的目的。随之而来的问题是连接段处于负弯矩区,承受很大的负弯矩作用,一旦开裂,裂缝又出现在桥面,雨水、除冰盐等极易进入结构层使钢筋锈蚀,对于加固后桥梁的耐久性和适用性造成巨大危害。寻找合适的负弯矩区加固材料和提出针对该种材料的合理的加固计算方法,是研究的重点。钢筋钢纤维自应力混凝土是一种新型纤维增强复合材料,由于混凝土基体的自膨胀作用受到钢筋和钢纤维的共同限制从而产生化学预应力,极大地提高混凝土基体的抗拉性能。钢筋、钢纤维和自应力混凝土复合,可以充分发挥三者各自的优势,使复合材料的抗裂性能、抗拉性能、弯曲韧性性能、抗冲击性能和耐久性能明显改善,特别适合作为简支转连续体系加固旧桥负弯矩区的加固材料。目前对钢筋钢纤维自应力混凝土的研究仅限于膨胀增强机理方面和一些基本力学性能,对其结构性能及桥梁加固方面的研究几乎还是空白。本文结合辽宁省交通厅重点科研基金项目《钢筋混凝土简支梁桥转换成连续梁桥加固技术与施工工艺研究》(200514),主要进行了一下研究工作:1.通过研究钢纤维自应力混凝土、钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土、大直径合成纤维混凝土、混杂纤维混凝土的配合比、拌合物性能与养护方法、基本力学性能和耐久性能,认为钢纤维自应力混凝土适宜作为简支转连续非预应力法加固旧桥方法中纵向接缝区和负弯矩区后做连续顶板的加固材料,使其满足结构承载力、裂缝控制和耐久性的要求;2.对钢筋钢纤维自应力混凝土限制膨胀性能进行了系统研究,对钢筋和钢纤维对自应力混凝土长期膨胀变形的影响进行了长达9年的试验观测,研究了钢筋和钢纤维对于自应力混凝土的限制膨胀作用,绘制了钢筋钢纤维自应力混凝土的长期限制膨胀变形曲线,并给出了考虑长期变形的钢筋钢纤维自应力混凝土的自应力损失计算方法;3.结合9根叠合T型梁模型试验,主要针对纤维混凝土、自应力混凝土用于后连续体系负弯矩区的抗裂性能、自应力混凝土叠合层自应力的计算方法和负弯矩区混凝土的裂缝开展、截面应变、挠度变形、刚度等抗弯性能进行了研究;4.通过10根两跨后连续叠合T型梁模型试验,研究了简支转连续体系两跨连续T型梁在弯曲作用下的挠度变形、截面应变、裂缝开展和预损伤程度的影响情况、叠合层新老混凝土的粘结情况、加固后连续叠合T型梁负弯矩区混凝土的抗裂计算和极限状态下的抗弯承载力计算;5.通过计算机模拟研究了钢筋钢纤维自应力混凝土的限制应变对桥梁内力的影响,从而确定钢筋钢纤维自应力混凝土允许的限制应变范围、合理的使用位置以及使用效果,为工程应用提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 纤维混凝土的国内外研究现状
• 1.3 自应力混凝土的国内外研究现状
• 1.4 体系转化加固理论的国内外研究现状
• 1.5 本文主要研究工作
• 2 简支转连续体系的加固材料性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 加固材料配合比设计
• 2.2.1 加固材料各组分
• 2.2.2 配合比设计
• 2.3 拌合物工作性能试验研究
• 2.3.1 纤维混凝土的拌合物性能
• 2.3.2 钢纤维自应力混凝土的拌合物性能
• 2.3.3 加固材料的浇注与养护
• 2.4 加固材料的基本力学性能试验研究
• 2.4.1 立方体抗压强度试验研究
• 2.4.2 劈裂抗拉强度试验研究
• 2.4.3 弯拉强度试验研究
• 2.4.4 弯曲韧性试验研究
• 2.5 加固材料的早期抗裂性能试验研究
• 2.5.1 早期抗裂性能试验简介
• 2.5.2 试验方法与试验装置
• 2.5.3 试验评价体系
• 2.5.4 试验结果及分析
• 2.6 加固材料的抗冲击性能试验研究
• 2.6.1 抗冲击试验简介
• 2.6.2 抗冲击试验方法
• 2.6.3 试验结果分析
• 2.7 加固材料的耐久性能试验研究
• 2.7.1 抗渗性能试验研究
• 2.7.2 抗冻性能试验研究
• 2.8 本章结论
• 3 加固材料的自膨胀性能试验研究
• 3.1 引言
• 3.2 钢筋对自应力混凝土膨胀的影响
• 3.2.1 自应力混凝土的膨胀性能
• 3.2.2 限制膨胀变形与配筋率的关系
• 3.2.3 钢筋约束引起的自应力
• 3.2.4 最大自应力与最佳配筋率
• 3.3 钢纤维对自应力混凝土膨胀的影响
• 3.3.1 钢纤维在试件横截面上的分布计算
• 3.3.2 钢纤维对自应力的影响
• 3.4 自应力随时间的稳定性
• 3.4.1 引言
• 3.4.2 试验概况
• 3.4.3 钢筋对自应力值长期稳定性的影响
• 3.4.4 钢纤维对自应力值长期稳定性的影响
• 3.4.5 钢筋钢纤维自应力混凝土长期变形的全过程分析
• 3.4.6 考虑长期变形的钢筋钢纤维自应力混凝土的自应力损失计算
• 3.5 本章结论
• 4 负弯矩区叠合T型梁正截面抗弯性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 模型试验设计
• 4.3 试验结果及分析
• 4.3.1 叠合层对初裂荷载、屈服荷载和极限荷载的影响
• 4.3.2 叠合层对裂缝宽度的影响
• 4.3.3 叠合层对梁截面应变的影响
• 4.3.4 叠合层对梁挠度的影响
• 4.3.5 不同浇筑方式对试验结果的影响
• 4.4 钢筋钢纤维自应力混凝土抗拉强度的计算方法
• 4.4.1 计算基本假定
• 4.4.2 叠合层自应力值的计算
• 4.4.3 钢筋钢纤维自应力混凝土抗拉强度的计算公式
• 4.5 负弯矩区钢筋钢纤维自应力混凝土叠合T梁正截面抗裂的计算方法
• 4.6 钢筋钢纤维自应力混凝土叠合倒T型梁短期刚度的计算方法
• 4.7 本章结论
• 5 简支转连续体系两跨连续叠合T型梁的抗弯性能研究
• 5.1 引言
• 5.2 模型试验概况
• 5.2.1 试验设计
• 5.2.2 两跨连续 T型梁的连接
• 5.2.3 试验测试设备
• 5.3 预裂试验
• 5.3.1 预裂试验的意义
• 5.3.2 预裂试验结果
• 5.4 试验结果及分析
• 5.4.1 对加固后混凝土连续T型梁抗裂能力的分析
• 5.4.2 预损伤程度对连续T型梁受力性能的影响
• 5.4.3 对加固后混凝土连续T型梁裂缝开展状况的分析
• 5.4.4 对加固后混凝土连续T型梁变形能力的分析
• 5.4.5 对加固后混凝土连续T型梁截面应变的分析
• 5.5 加固后混凝土连续T型梁叠合面粘结试验研究
• 5.5.1 研究背景
• 5.5.2 试验测试方法
• 5.5.3 对加固后混凝土连续T型梁叠合面粘结可靠性的分析
• 5.6 荷载预应力效应
• 5.7 加固后连续叠合T型梁负弯矩区混凝土的抗裂计算
• 5.8 极限状态下的连续叠合T型梁抗弯性能研究
• 5.8.1 极限状态下叠合T型梁抗弯性能的分析方法
• 5.8.2 极限状态下的叠合T型梁截面内力分析和承载力计算
• 5.9 本章结论
• 6 简支转连续体系自应力法加固旧桥的数值分析
• 6.1 引言
• 6.2 简支-连续体系数值模型
• 6.2.1 模型的建立
• 6.2.2 材料基本属性
• 6.2.3 数值计算结果
• 6.2.4 计算结果分析
• 6.3 本章结论
• 7 结论及展望
• 7.1 本文主要工作总结
• 7.2 研究展望
• 创新点摘要
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 攻读博士学位期间参与科研项目
• 致谢