高速铁路预应力RPC桥梁疲劳可靠性设计方法研究

论文摘要

随着桥梁规模越来越大,交通运量的加大和运输速度的提高,桥梁的疲劳问题日渐突出。活性粉末混凝土（简称为RPC）作为一种高强度、高韧性、高耐久性的超高性能混凝土,近年来在铁路桥梁上开始逐渐应用。随着RPC结构设计方法的进一步发展,结构所承受的疲劳荷载将成为控制结构设计的主要因素之一,然而在RPC构件及结构的疲劳设计方法上还几乎没有研究。本文基于以往RPC材料疲劳性能研究的成果,考虑普通铁路荷载和高速铁路中的RPC桥梁结构,结合可靠度理论,对RPC桥梁受弯构件疲劳设计方法进行研究,成果如下：（1）以RPC材料疲劳试验结果为基础,对RPC在在等幅和变幅重复荷载作用下的疲劳性能进行了分析和总结；用单样本K-S检验法对RPC疲劳寿命的概率分布进行了假设检验,结果表明RPC的疲劳寿命服从威布尔分布和正态分布。（2）考虑RPC不同于普通混凝土的疲劳性能,并结合相关规范建议,研究得到了钢筋RPC结构和预应力钢筋RPC结构疲劳可靠度设计所需基本参数,主要包括：钢筋（预应力钢筋）和RPC的疲劳强度折减系数、中位值、标准值、变异系数、设计值等参数。（3）对高速铁路规范中规定的各类活载和列车编组进行了对比分析,确定了高速铁路桥梁的疲劳列车,自行编写程序进行了弯矩谱的计算,通过雨流法计数,得到了高速铁路简支梁（多种跨度）跨中弯矩的荷载效应比频谱,该成果可用于高速铁路简支梁的疲劳设计验算；利用本程序还得到了普通铁路桥梁的荷载效应谱,与高速铁路桥梁荷载效应比频谱进行了对比。（4）通过对RPC受弯构件正截面受力性能的分析,结合可靠度理论,给出了RPC结构按等效等幅重复应力分项系数法进行疲劳承载力极限状态可靠性验算的验算方法；建议了结构设计时RPC等效重复应力同疲劳强度之间的最佳比值。（5）对32m超低高度预应力RPC混凝土T形梁进行了跨中截面抗弯疲劳承载极限状态可靠性验算,得到疲劳验算中的可靠指标和分项系数；分别提出了高速铁路桥梁和普通铁路桥梁疲劳设计的的目标可靠指标。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 RPC的研究和应用现状
• 1.1.1 RPC制备原理
• 1.1.2 RPC材料特性
• 1.1.3 RPC研究现状概述
• 1.1.4 RPC在国内外的应用
• 1.1.5 RPC在我国铁路工程中的应用
• 1.2 疲劳研究的发展
• 1.3 混凝土材料疲劳研究基本理论
• 1.3.1 疲劳荷载
• 1.3.2 普通混凝土的疲劳性能
• 1.3.3 疲劳分析方法
• 1.3.4 纤维混凝土的疲劳性能
• 1.4 结构疲劳可靠性的发展
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 RPC结构疲劳可靠度设计基本参数确定
• 2.1 RPC的疲劳变形性能和损伤机理
• 2.1.1 RPC的疲劳变形性能
• 2.1.2 RPC的疲劳损伤机理
• 2.2 RPC疲劳寿命分布假设检验
• 2.3 考虑不同存活率的RPC的S-N曲线
• 2.3.1 RPC的S-N曲线
• 2.3.2 RPC的p-S-N曲线
• 2.4 RPC等幅疲劳强度设计参数
• 2.4.1 RPC的疲劳强度折减系数
• 2.4.2 RPC的疲劳强度中位值、变异系数、标准值及设计值
• 2.5 钢筋的等幅疲劳强度设计参数
• 2.5.1 钢筋的标准S-N曲线
• 2.5.2 钢筋等幅疲劳强度的中位值、标准值、变异系数和设计值
• 2.6 RPC等效等幅重复应力推导
• 2.7 小结
• 3 高速铁路和普通铁路桥梁荷载效应比频谱
• 3.1 疲劳荷载制定方法
• 3.1.1 实测法
• 3.1.2 荷载模拟法
• 3.2 荷载效应比频谱制定
• 3.2.1 荷载效应谱计算
• 3.2.2 循环计数法
• 3.3 小结
• 4 RPC结构截面疲劳可靠性验算方法
• 4.1 结构安全度理论
• 4.2 RPC和钢筋的应力谱的建立方法
• 4.2.1 应力谱计算的一般假定
• 4.2.2 应力谱的建立方法
• 4.3 RPC和钢筋等效等幅重复应力的设计参数
• 4.3.1 RPC变幅重复应力变换为等效等幅重复应力
• 4.3.2 钢筋的变幅重复应力变换为等效等幅重复应力
• 4.3.3 RPC和钢筋的等效等幅重复应力的中位值
• 4.3.4 RPC和钢筋的等效等幅重复应力的变异系数
• 4.4 RPC结构疲劳可靠性的验算方法
• 4.4.1 RPC结构疲劳可靠性设计模式
• 4.4.2 RPC受弯构件正截面疲劳可靠性的验算方法
• 4.5 小结
• 5 分项系数法在预应力钢筋RPC桥梁疲劳设计中的应用
• 5.1 RPC简支T形梁具体参数
• 5.1.1 设计荷载
• 5.1.2 所用材料及其各项基本数据
• 5.2 RPC梁疲劳验算
• 5.2.1 跨中截面参数
• 5.2.2 等效应力变换系数
• 5.2.3 跨中截面消压弯矩验算
• 5.2.4 RPC和钢筋的应力标准值
• 5.2.5 RPC和钢筋的等效等幅重复应力中位值计算
• 5.2.6 RPC和钢筋的等效等幅重复应力变异系数计算
• 5.2.7 RPC和钢筋的疲劳强度设计参数确定
• 5.2.8 疲劳可靠指标计算
• 5.2.9 目标可靠指标的确定
• 5.2.10 疲劳设计验算
• 5.3 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文主要研究结论
• 6.2 对后续工作的展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集