混凝土曲线箱梁桥裂缝开展机理及控制研究

论文摘要

混凝土曲线箱梁因其在受力、造价等方面的优势,广泛应用于公路和城市立交枢纽。但是曲线桥梁受力复杂,加之结构可能的超载、混凝土结构易开裂的特点,使得混凝土曲线箱梁桥的裂缝问题显著暴露。本文以某高速公路立交枢纽桥梁中的钢筋混凝土曲线箱梁桥为工程背景,探讨该类桥梁出现裂缝病害的机理,并就其裂缝控制及相关耐久性研究进行了拓展。通过分析研究,得出主要研究成果如下：1)根据工程背景的典型裂缝的分布形式,分析总结了钢筋混凝土连续弯箱梁桥的裂缝特征,探讨曲线箱梁参数与裂缝统计值的关系,初步判定荷载是箱梁桥底腹板裂缝的主要原因。建立有限元模型分析了曲线箱梁桥的二维、三维受力特点及典型裂缝成因,并重点就曲线梁桥开裂模式及开裂后的非线性行为进行了研究。计算表明,曲线箱梁桥在不大的荷载下即出现裂缝,并逐步由弹性转为弹塑性受力阶段,与实际运营过程的带裂缝工作相对应,而参数分析表明通过选择恰当的支座形式、合理设置独柱支座预偏心距、提高配筋率及施加预应力均能改善曲线箱梁的受力性能。2)从裂缝宽度计算理论入手,对比分析了各国混凝土桥梁设计规范关于裂缝宽度的计算公式,提出了对现行JTG D62-2004规范裂缝宽度进行参数修正的计算公式,并将修正公式计算的裂缝宽度值与实测值相比,吻合较好。3)鉴于目前桥梁规范中裂缝的评估集中于最大裂缝宽度的局限性,选取裂缝面积作为第2评估参数,提出基于裂缝统计信息的钢筋混凝土桥梁评估方法,并进行了评估应用。4)论述了混凝土耐久性的一般问题和耐久性设计的主要原则、步骤,从宏观和微观（试验）层面分析了裂缝对混凝土桥梁耐久性的影响,提出了基于箱梁桥耐久性设计的裂缝控制措施。5)根据结构的全寿命相关理论,引入模糊数学的相关概念,建立裂缝对结构剩余使用寿命影响的隶属函数,提出了计算开裂混凝土桥梁的剩余使用寿命的方法,给出了基于性能控制的混凝土箱梁桥加固维修体系,并就某简支混凝土箱梁桥的加固维修案例进行了分析和应用。6)在综合概括混凝土箱梁桥设计、施工原则和现有桥梁设计及耐久性设计规范的基础上,初步编制了混凝土箱梁桥裂缝控制设计、施工指南,可供有关设计、施工部门参考。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 插图清单
• 列表清单
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 混凝土曲线箱梁开裂机理的研究现状
• 1.2.1 曲线梁桥的受力特点
• 1.2.2 混凝土箱梁裂缝及成因分析
• 1.2.3 混凝土曲线箱梁的计算分析及试验研究
• 1.3 开裂混凝土桥梁的耐久性研究现状
• 1.3.1 带裂缝的钢筋混凝土结构耐久性评估
• 1.3.2 基于裂缝统计量的钢筋混凝土结构评估
• 1.3.3 混凝土结构的全寿命设计理论
• 1.3.4 钢筋混凝土结构加固维修策略研究
• 1.4 本文的主要研究内容
• 本章参考文献
• 2 钢筋混凝土曲线箱梁裂缝特征
• 2.1 工程背景
• 2.2 腹板裂缝状况
• 2.2.1 裂缝分布范围
• 2.2.2 裂缝宽度
• 2.2.3 裂缝平均高度（长度）
• 2.2.4 裂缝总长度和总面积
• 2.3 各参数与腹板裂缝信息的关系
• 2.3.1 曲率和裂缝参数的关系
• 2.3.2 配筋率对腹板裂缝的影响
• 2.3.3 荷载与腹板裂缝参数的关系
• 2.3.4 碳纤维加固对裂缝的影响
• 2.4 翼板裂缝状况
• 2.4.1 裂缝分布形式
• 2.4.2 裂缝宽度
• 2.4.3 裂缝平均长度
• 2.4.4 裂缝总长度和总面积
• 2.4.5 曲率与裂缝面积的关系
• 2.4.6 曲率与内外侧翼板裂缝差异性的关系
• 2.4.7 翼板裂缝特征总结
• 2.5 本章小结
• 本章参考文献
• 3 钢筋混凝土曲线箱梁受力行为的计算分析
• 3.1 背景工程
• 3.2 内力计算
• 3.3 基于线弹性有限元的空间效应分析
• 3.3.1 空间实体模型
• 3.3.2 空间效应分析
• 3.4 基于非线性分析理论的箱梁抗裂分析
• 3.4.1 本构关系及模型
• 3.4.2 开裂过程及分析结果
• 3.4.3 参数分析
• 3.5 本章小结
• 本章参考文献
• 4 钢筋混凝土箱梁裂缝宽度计算的修正方法
• 4.1 混凝土裂缝宽度计算理论
• 4.2 各规范关于裂缝宽度的规定及比对
• 4.2.1 各规范关于裂缝宽度计算的特点
• 4.2.2 各规范计算裂缝所涉及的因素对比
• 4.3 裂缝宽度计算公式的应用
• 4.3.1 在T型截面梁的应用
• 4.3.2 在闭合箱型截面梁的应用
• 4.4 裂缝宽度计算公式的修正
• 4.5 本章小结
• 本章参考文献
• 5 基于裂缝控制的混凝土箱梁耐久性评估与设计
• 5.1 基于裂缝统计量的钢筋混凝土桥梁状况的评估方法
• 5.1.1 现有的混凝土桥梁状况的评估方法
• 5.1.2 钢筋混凝土梁桥基于裂缝统计量的状况评估
• 5.2 混凝土耐久性的主要问题
• 5.2.1 混凝土的碳化
• 5.2.2 钢筋锈蚀
• 5.2.3 碱-骨料反应
• 5.2.4 冻融破坏
• 5.2.5 氯离子侵蚀
• 5.3 裂缝的微观试验研究
• 5.3.1 裂缝对混凝土抗渗性的影响
• 5.3.2 裂缝对钢筋锈蚀的影响
• 5.3.3 裂缝对于混凝土耐久性影响的微观机理
• 5.4 基于裂缝控制的混凝土箱梁耐久性设计
• 5.4.1 耐久性设计方法及内容
• 5.4.2 裂缝对桥梁耐久性的破坏
• 5.4.3 基于裂缝控制的混凝土箱梁耐久性防护措施
• 5.5 本章小结
• 本章参考文献
• 6 开裂混凝土箱梁桥的剩余使用寿命预测与维护
• 6.1 开裂混凝土箱梁桥的剩余使用寿命
• 6.1.1 剩余使用寿命的概念
• 6.1.2 桥梁使用寿命的评估准则
• 6.1.3 桥梁使用寿命的评估方法
• 6.1.4 裂缝对混凝箱梁剩余使用寿命的模糊影响
• 6.2 基于性能控制的开裂混凝土箱梁桥加固维修方案研究
• 6.2.1 基于性能控制的桥梁加固维修原则
• 6.2.2 混凝土箱梁桥加固方案
• 6.2.3 加固维修案例分析
• 6.3 本章小结
• 本章参考文献
• 7 混凝土箱梁裂缝控制设计、施工指南
• 7.1 总则
• 7.2 术语
• 7.3 设计
• 7.3.1 分析手段
• 7.3.2 荷载裂缝的控制
• 7.3.3 非荷载裂缝的控制
• 7.4 施工
• 7.4.1 混凝土质量控制
• 7.4.2 施工工艺控制
• 7.4.3 养护控制
• 7.4.4 施工裂缝控制措施
• 7.5 加固
• 7.5.1 表面处理法
• 7.5.2 填充法
• 7.5.3 体外预应力法
• 7.5.4 灌浆法
• 7.5.5 改变结构体系
• 7.5.6 箱梁结构补强
• 本章参考文献
• 8 总结与展望
• 8.1 主要工作及结论
• 8.2 创新点
• 8.3 有待于进一步研究的问题
• 作者简介及在校期间所取得的科研成果