钢—混凝土组合梁斜拉桥病害及其影响分析

论文摘要

在我国,斜拉桥以其跨越能力和独特的美观效果在近二十年内得到了长足的发展和广泛的应用。然而,由于斜拉桥结构体系本身的复杂性和设计、计算理论的不完善,材料本身的缺陷,施工技术、方法、质量问题,环境腐蚀,车辆超载及运营期养护管理不到位等因素,使得已建成的斜拉桥或多或少地出现各种病害或损伤,导致结构承载能力降低,桥梁线型变化过大,构件老化、破损等情况的出现。这不仅影响了桥梁的使用性能和正常运营,甚至会降低桥梁主体结构安全余地,给桥梁带来安全性方面的隐患和耐久性方面的缺陷。本文首先对我国的斜拉桥病害情况进行较详细的调查研究,归纳总结我国斜拉桥的使用现状及主要病害如斜拉索护套开裂,腐蚀断裂,振动过大,斜拉索锚具腐蚀、疲劳开裂,主梁、索塔混凝土表面缺损、裂缝、变形过大,基础不均匀沉降等,分析病害的产生原因及发生机理。在此基础上,针对各种具体病害归纳分析并提出相应的包括设计、建设、运营各个环节的养护维修策略和措施。采用矩阵摄动理论结合有限元知识推导了损伤参数摄动下斜拉桥索力的摄动表达式并介绍了自振频率、振型等的一、二阶摄动方程。分析了斜拉桥典型病害对结构静、动力特性的影响,为后续的斜拉桥病害数值模拟分析提供理论基础。以四方台斜拉桥为工程背景,建立了空间杆系有限元模型。对斜拉桥的典型病害如斜拉索腐蚀等进行了数值模拟,分析了病害及损伤引起的斜拉桥拉索索力、主梁内力、自振频率、振型等结构静、动力特性的变化规律。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 斜拉桥的结构特点与发展
• 1.1.1 斜拉桥的结构特点
• 1.1.2 斜拉桥的发展进程
• 1.1.3 钢—混凝土组合梁斜拉桥的结构特点和发展进程
• 1.2 我国既有斜拉桥的使用现状与存在问题
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 钢—混组合梁斜拉桥病害机理及病因分析
• 2.1 概述
• 2.2 斜拉索病害机理及成因分析
• 2.2.1 斜拉索的构造及防护
• 2.2.2 斜拉索病害
• 2.3 钢—混凝土组合梁桥面系的病害机理及成因分析
• 2.3.1 钢结构病害
• 2.3.2 混凝土桥面板病害
• 2.3.3 联结构件病害
• 2.4 索塔及墩台基础病害机理及成因分析
• 2.4.1 混凝土表观缺损
• 2.4.2 混凝土裂缝
• 2.4.3 塔内锚固钢横梁锈蚀、裂纹
• 2.4.4 盖梁
• 2.4.5 墩柱
• 2.4.6 基础
• 2.5 附属结构病害机理及养护维修
• 2.5.1 桥面铺装
• 2.5.2 支座
• 2.5.3 桥梁伸缩装置
• 2.5.4 防排水设施
• 2.6 本章小结
• 第3章 钢—混组合梁斜拉桥养护维修措施
• 3.1 斜拉索的防护对策及养护维修
• 3.1.1 护套开裂修补措施
• 3.1.2 锚固端防护措施
• 3.1.3 斜拉索振动控制
• 3.1.4 斜拉索的日常养护维修
• 3.2 钢—混组合主梁病害的防护对策及养护维修
• 3.2.1 钢梁维修措施
• 3.2.2 混凝土桥面板修补措施
• 3.2.3 连结件维修措施
• 3.3 索塔及墩台基础维修措施与防护
• 3.3.1 表观缺损维修措施
• 3.3.2 裂缝修补措施
• 3.3.3 混凝土表面涂装防护
• 3.3.4 桥墩维修措施
• 3.4 本章小结
• 第4章 斜拉桥病害对结构影响的理论分析
• 4.1 结构的损伤变量
• 4.2 单元矩阵摄动的静力理论
• 4.3 单元矩阵摄动的动力理论
• 4.4 本章小结
• 第5章 斜拉桥病害对结构影响的数值模拟
• 5.1 概述
• 5.2 斜拉桥空间有限元模型的建立
• 5.2.1 工程背景
• 5.2.2 计算图式及假定
• 5.2.3 空间有限元模型的建立
• 5.2.4 空间有限元模型的边界条件
• 5.3 斜拉索病害模拟
• 5.3.1 不同拉索损伤位置及程度下的结构静力特性变化
• 5.3.2 不同拉索损伤位置及程度下的结构动力特性变化
• 5.4 索塔及墩台基础不均匀沉降模拟
• 5.5 附属结构病害模拟
• 5.5.1 纵向支承变异对斜拉桥的静力特性影响
• 5.5.2 纵向支承变异对斜拉桥的动力特性影响
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢