32m预应力混凝土简支双T梁横向加固技术研究

论文摘要

我国铁路经过六次大提速后,大量既有线上预应力混凝土简支双T梁桥出现横向刚度不足、横向振幅超限问题。这些桥大部分设计于上世纪80年代,为双片式预应力混凝土简支T梁,两片T梁纵向分开,只在横隔板处相连。从现场情况看,两片T梁间横向联系薄弱、通行车辆的荷载或速度已经大大高于原设计值,又经过了20多年的运营,部分桥梁病害迅速发生、发展,比较突出地反映在桥梁横向振幅超限上。本文重点研究32m预应力混凝土双片式简支T梁的横向加固技术。从T梁横向振动机理出发,分析预应力混凝土简支T梁的振动特性,找出反应梁体刚度的动力特性参数;探索预应力混凝土简支T梁横向刚度不足问题存在的根本原因。通过理论分析发现,梁体自振频率的高低与梁体刚度的大小为正相关关系;另外,梁横向刚度不足的主要原因是两片T梁间横向联系较弱。因此,加固方案的设计应从增强两片T梁间横向联系入手。为了寻求切实有效的加固措施,本文以双片式32m预应力混凝土简支T梁为研究对象,采用大型有限元分析软件ANSYS按梁体实际尺寸建立模态分析模型,对梁体的空间振动特性进行分析。增加两片T梁间横向联系主要采取增加原有横隔板厚度和增设水平横隔板两种方法,并按所增加横向联系不同的参数值分别建立ANSYS模型进行模态分析,计算出梁体横向和竖向一阶自振频率。根据横向和竖向一阶自振频率的变化来分析梁体横向和竖向刚度的变化,从而为确定合理加固方案提供理论依据。模态分析结果表明,增加两片T梁间横向联系能够有效地提高梁体横向刚度,但梁体竖向刚度会随增加的横向联系质量的增大而降低。因此,确定的合理加固方案应该是梁体横向刚度提高最多同时竖向刚度降低最少的加固方案。本文在分析大量计算数据的基础上,综合考虑横向和竖向刚度的变化,确定了两种加固方案。其中,加固方案二应用于陇海线提速路段32m预应力混凝土简支T梁桥加固改造工程。桥梁检测结果表明,梁体横向一阶自振频率明显提高。梁体自振频率和跨中横向最大振幅均在《铁路桥梁检定规范》货列重车通常值范围内。实践证明本文提出的横向加固方案是成功的。该加固方案的确定思路可以作为在设计32m或其他跨度的双片式预应力混凝土简支T梁的横向加固方案时的参考或借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 问题的提出
• 1.3 桥梁加固的国内外研究现状
• 1.4 桥梁横向振动的国内外研究现状
• 1.5 桥梁横向加固研究的意义
• 1.6 本文的主要研究内容
• 2 铁路桥梁横向刚度限值
• 2.1 桥梁横向刚度问题的提出
• 2.2 国内外铁路桥涵设计规范标准对桥梁横向变形的限值
• 2.2.1 我国现行铁路桥梁设计规范
• 2.2.2 国外现行铁路桥梁设计规范
• 2.2.3 各国规范限值的比较分析
• 2.3 铁路桥梁横向刚度限值的主要参数
• 2.4 预应力混凝土双T梁横向刚度分析
• 3 预应力混凝土简支T梁的振动特性分析
• 3.1 预应力混凝土T梁的动力特性
• 3.1.1 自振频率
• 3.1.2 振型
• 3.1.3 阻尼
• 3.2 预应力混凝土简支T梁的空间自由振动
• 3.3 预应力混凝土简支T梁横向振动分析
• 3.3.1 预应力混凝土T梁横向振动方程
• 3.3.2 预应力混凝土T梁横向振动分析的模态摄动法
• 4 预应力混凝土梁模态分析
• 4.1 模态分析基本理论
• 4.2 理论模态分析方法简介
• 4.3 基于ANSYS的32m预应力混凝土双片式T梁模态分析模型
• 4.3.1 大型有限元分析软件ANSYS简介
• 4.3.2 ANSYS的模态分析
• 4.3.3 ANSYS实体单元SOLIDE65
• 4.3.4 32m预应力混凝土简支双片式T梁ANSYS模态分析模型
• 5 32m预应力混凝土简支双片式T梁加固方案研究
• 5.1 加固思路及原则
• 5.2 加厚原有横隔板对梁体自振特性的影响
• 5.2.1 增加原有全部横隔板厚度对梁体的自振特性的影响
• 5.2.2 被加厚的横隔板数量和位置对梁体自振特性的影响
• 5.2.3 本节结论
• 5.3 增设水平横隔板对梁体自振特性的影响
• 5.3.1 在梁体上部增设水平横隔板对梁体自振特性的影响
• 5.3.2 在梁体中部增设水平横隔板对自振特性的影响
• 5.3.3 在梁体下部增设水平横隔板对自振特性的影响
• 5.3.4 在梁体上部和下部同时增设水平横隔板对自振特性的影响
• 5.3.5 增设的水平横隔板的数量和位置对梁体自振特性的影响
• 5.3.6 本节结论
• 5.4 合理加固方案的确定
• 5.5 加固方案的实际应用
• 结论
• 致谢
• 攻读学位期间的研究成果
• 参考文献