锚喷混凝土加固双曲拱桥研究

论文摘要

双曲拱桥具有结构新颖、轻巧、省料、便于施工等优点,曾在全国范围内得到广泛推广,为我国公路桥梁事业的发展作出了重大贡献。然而,限于当时设计水平和荷载等级标准较低、结构的钢材用量少、双曲拱桥存在着先天不足等因素,特别是在长期重荷载、大交通量的运营情况下,使得双曲拱桥在运营一段时间后,都出现了不同程度的病害。在结合工程实例的基础上,本文总结分析双曲拱桥各种病害类型及其产生原因,研究适用于双曲拱桥的锚喷混凝土加固方法。双曲拱桥属于空间受力结构,为了正确确定锚喷加固双曲拱桥后的承载力,必须综合考虑加固前桥梁的病害。本文首先介绍了锚喷混凝土加固双曲拱桥非线性有限元设计理论的有关方程,并认为新旧混凝土的结合面是受力的薄弱环节,在未加固前,混凝土表面已有裂缝产生,并分布较广。假定裂缝首先出现在新旧混凝土结合面,并沿原有裂缝痕迹进一步扩展,由此对开裂的单元进行刚度修正。在考虑各种非线性因素后,将各种单元的单元刚度矩阵合成总体刚度矩阵,进行计算。结合工程实例,本文对某双曲拱桥加固前后建立全桥主跨有限元模型,对比分析了加固前后各工况下各截面挠度和应力计算值,以及荷载试验值,检验加固效果和模型;并在此基础上对主拱圈加固厚度优化设计做了初步研究。最后本文通过施工过程中的植筋拉拔力试验以及新旧混凝土粘结强度试验,得出合适的锚固深度,并建议使用光圆钢筋作为锚杆;考虑锚杆在新旧混凝土之间的连接作用,测出结合界面的粘结强度包括抗拉粘结和抗剪粘结的共同作用,远大于混凝土的抗拉强度,说明加固设计方案是可靠的。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 双曲拱桥常用的加固方法
• 1.2.1 粘贴钢板加固
• 1.2.2 现浇（外包）混凝土加固
• 1.2.3 粘贴碳纤维加固
• 1.2.4 锚喷混凝土加固
• 1.2.5 对比分析锚喷混凝土加固方法的优缺点及适用性
• 1.3 目前国内外对锚喷混凝土加固双曲拱桥的研究概况
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.5 本课题研究的目的及意义
• 第二章 双曲拱桥的常见病害及原因分析
• 2.1 双曲拱桥常见病害分析
• 2.1.1 主拱圈及横系梁病害
• 2.1.2 拱上建筑的病害
• 2.1.3 桥面病害
• 2.1.4 双曲拱桥病害综合总结分析
• 2.2 某桥主要病害及相应的加固方法
• 2.2.1 某桥主要病害
• 2.2.2 相应的加固方法
• 2.3 本章小结
• 第三章 考虑非线性因素的锚喷混凝土加固双曲拱桥设计理论
• 3.1 钢筋混凝土结构非线性有限元分析模型
• 3.1.1 混凝土本构关系模型
• 3.1.2 普通钢筋的本构关系模型
• 3.1.3 钢筋混凝土有限元模型
• 3.1.4 混凝土裂缝模型
• 3.1.5 混凝土的破坏准则
• 3.2 锚喷混凝土加固双曲拱桥非线性有限元计算理论
• 3.2.1 计算假定
• 3.2.2 混凝土及钢筋单元刚度矩阵方程
• 3.2.3 锚喷混凝土加固双曲拱桥的非线性因素
• 3.2.4 考虑非线性因素影响的非线性有限元分析计算理论
• 3.3 本章小结
• 第四章 计算承载力与实验承载力对比分析
• 4.1 计算承载力
• 4.1.1 工程概况
• 4.1.2 加固前后计算承载力
• 4.2 荷载试验
• 4.2.1 测试断面及测点布置
• 4.2.2 试验荷载
• 4.2.3 荷载工况
• 4.3 加固前后理论计算值与实测值的比较
• 4.3.1 挠度分析
• 4.3.2 应力分析
• 4.4 主拱圈锚喷厚度优化设计
• 第五章 植筋深度及新旧混凝土粘结强度试验研究
• 5.1 植筋的拉拔力标准试验
• 5.1.1 试验目的
• 5.1.2 试验仪器及材料
• 5.1.3 试验方案
• 5.1.4 试验方法
• 5.1.5 试验数据
• 5.1.6 结果分析
• 5.2 锚喷混凝土与原混凝土粘结强度标准试验
• 5.2.1 试验原材料及仪器
• 5.2.2 试验块制作
• 5.2.3 试验方法
• 5.2.4 试验结果分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论及建议
• 6.1 主要结论
• 6.2 本文研究方法的不足
• 6.3 今后需进行的工作
• 参考文献
• 致谢