白沙洲大桥混凝土箱梁裂缝成因分析及修补措施研究

论文摘要

由于各种外载荷的作用,以及混凝土本身的收缩徐变,箱梁容易产生裂缝。若不及时处理,或处理不当,可能会导致裂缝进一步扩展,甚至危及箱梁的安全,影响桥梁的使用寿命。因此,裂缝的检测和处理是桥梁检测和加固的重要内容。本文的主要研究对象为武汉白沙洲大桥混凝土箱梁的裂缝。首先,分析白沙洲大桥的裂缝检测报告,总结出裂缝的分布规律;接着,采用通用商业有限元软件ANSYS,建立混凝土箱梁的模型,进行各种载荷作用下的加载模拟,对混凝土箱梁的第一主应力场进行分析。有限元模拟时考虑了桥梁的自重、风力、温度、车辆等载荷,以及不均匀沉降。其中,考虑桥梁自重和车辆的作用时,分析了斜拉索拉力损失对箱梁的影响,以及车辆在桥梁上行走时车轮附近局部的应力场。考虑温度因素时,主要采用我国现用桥梁规范中的温度梯度模式。通过裂缝分布规律与有限元模拟的结果,分析混凝土箱梁中裂缝分布规律的主要成因。根据裂缝的成因和现状,提出裂缝的修补措施,以及箱梁的局部加固措施和相关的桥梁养护建议。同时,采用粘贴补强法对箱梁处理,并验证了对局部应力的改善作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 混凝土桥梁
• 1.1.2 预应力混凝土箱梁桥的优点
• 1.1.3 预应力混凝土箱梁的裂缝问题
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 我国的研究成果
• 1.2.2 国外的研究进展
• 1.3 相关理论和技术
• 1.3.1 混凝土强度理论
• 1.3.2 混凝土缺陷检测技术
• 1.4 本文的研究内容
• 1.5 本章小结
• 2 混凝土箱梁裂缝分布规律分析
• 2.1 混凝土裂缝的分类
• 2.1.1 按产生的外因分类
• 2.1.2 按力学特性分类
• 2.1.3 按裂缝发生的部位分类
• 2.2 白沙洲大桥混凝土箱梁的裂缝问题
• 2.3 混凝土箱梁裂缝检测方法
• 2.3.1 箱梁内部缺陷检测
• 2.3.2 裂缝深度的检测方法
• 2.4 裂缝的分布规律
• 2.5 曾经使用的裂缝修补措施及效果
• 2.5.1 常用的裂缝修补措施
• 2.5.2 白沙洲大桥混凝土箱梁的修补
• 2.6 本章小结
• 3 基于ANSYS 混凝土箱梁建模
• 3.1 有限元方法及ANSYS 简介
• 3.1.1 有限元方法简介
• 3.1.2 ANSYS 简介
• 3.2 单元及材料本构
• 3.2.1 SOLID65 单元
• 3.2.2 LINK10 单元
• 3.2.3 SOLID45 单元
• 3.3.4 本构关系
• 3.3 创建混凝土箱梁模型
• 3.3.1 创建截面
• 3.3.2 创建箱梁实体
• 3.3.3 创建斜拉索
• 3.4 外约束及预应力
• 3.4.1 约束和预应力
• 3.4.2 斜拉索的预应力
• 3.5 模拟混凝土开裂的方法
• 3.6 本章小结
• 4 箱梁在几种常见荷载作用下的应力场
• 4.1 重力
• 4.2 车辆荷载
• 4.2.1 整体分析
• 4.2.2 局部分析
• 4.2.3 车辆荷载作用小结
• 4.3 温度
• 4.3.1 温度应力与温度梯度
• 4.3.2 温度梯度作用的结果
• 4.3.3 温度作用小结
• 4.4 风荷载
• 4.5 不均匀沉降
• 4.6 本章小结
• 4.6.1 应力场特点
• 4.6.2 SOLID65 使用总结
• 5 裂缝成因分析以及提出修补措施
• 5.1 确定第一主应力方向
• 5.2 分析几种典型裂缝的成因
• 5.2.1 实体肋上的裂缝
• 5.2.2 横隔板上的裂缝
• 5.2.3 顶板上的裂缝
• 5.3 提出修补加固措施
• 5.3.1 裂纹修补措施
• 5.3.2 局部加固措施
• 5.4 粘贴加固法效果验证
• 5.4.1 横隔板过人洞附近裂缝的加固
• 5.4.2 简支梁跨中竖向裂缝的加固
• 5.4.3 本节小结
• 5.5 相关的桥梁养护建议
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 完成的工作
• 6.2 不足之处
• 6.3 展望
• 致谢
• 参考文献