既有钢筋混凝土梁桥外贴增强材料加固技术研究

论文摘要

桥梁是交通运输的重要组成部分,在国民经济和社会生活中具有非常重要的作用。梁桥是公路上最常用的一种桥型,由于其结构型式简单、受力合理、施工方便、适应性强以及经济性好等优点,因而在中小跨径桥梁的建设中倍受青睐。近年来随着交通量的迅猛增长以及车辆的重型化,桥梁受到不同程度的损害,导致其承载力下降,严重威胁运营安全。对常见的病害进行分析,提出相应对策,对既有钢筋混凝土梁桥进行评估,从而确定维修加固方案,具有显著的经济效益和社会效益。本文以甘肃省古浪段S308线馆子河桥为工程背景,重点研究既有钢筋混凝土梁桥外贴增强材料的抗弯承载力分析。主要工作包括以下几个方面：(1)分析钢筋混凝土梁桥各种病害产生的机理和原因,其中最主要的病害是混凝土产生裂缝,深入研究了裂缝产生的机理,并阐述了裂缝对结构耐久性的影响。(2)计算汽车荷载作用下钢筋混凝土梁桥的内力,分析比较新旧桥梁规范中汽车荷载的区别。(3)介绍新型的加固方法—粘贴钢板和粘贴钢箱梁加固法,介绍施工工序,分析基本原理,建立有限元软件MIDAS模型,分析计算结果,对粘贴钢板和钢箱梁加固法在刚度和强度方面进行评价。(4)介绍粘贴碳纤维布加固法,介绍施工工序,分析基本原理,分析碳纤维布加固后的钢筋混凝土梁的破坏模式,以及碳纤维布加固的最大、最小量的确定。(5)系统研究加固完整梁开裂后以及不同程度加固梁的剥离机理,从而找出防止早期剥离破坏的应对措施,合理控制混凝土梁的最大粘贴加固量。(6)当前在钢筋混凝土梁桥中横向刚度不足已成为一种常见的病害,针对这种病害提出增加钢横隔板加固的方法,结合工程实际,介绍一种新型的加固方法—增加钢横系梁加固法,建立有限元软件MIDAS模型,分析计算结果,并对加固效果进行分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 桥梁加固的目的及必要性
• 1.3 桥梁加固技术的研究现状
• 1.4 外贴增强材料加固的特点
• 1.4.1 外贴钢板加固的特点
• 1.4.2 外贴碳纤维布加固的特点
• 1.5 研究背景及意义
• 1.6 本文的主要研究内容
• 2 既有钢筋混凝土梁桥的常见病害及产生机理
• 2.1 交通量增加引起的桥梁承载力不足
• 2.1.1 新旧规范中的汽车荷载比较
• 2.1.2 新桥规计算的荷载效应
• 2.1.3 旧桥规计算的荷载效应
• 2.1.4 新旧规范计算结果比较
• 2.2 梁桥上部结构常见病害及产生机理分析
• 2.2.1 概述
• 2.2.2 裂缝及其产生机理
• 2.2.3 剥落、钢筋锈蚀及其产生机理
• 3 既有钢筋混凝土梁桥粘钢加固技术研究
• 3.1 粘钢加固的施工工序
• 3.2 粘钢加固抗弯理论分析
• 3.2.1 粘钢加固的受力特点及使用条件
• 3.2.2 材料的本构关系
• 3.2.3 粘贴钢板法加固的基本原理
• 3.2.4 粘贴钢板加固钢筋混凝土T梁计算示例
• 3.3 加固截面的研究
• 4 既有钢筋混凝土梁桥粘贴碳纤维布加固技术研究
• 4.1 粘贴碳纤维布加固的施工工序
• 4.1.1 材料主要技术指标
• 4.1.2 粘贴碳纤维布主要施工要点
• 4.2 粘贴碳纤维布加固理论计算分析
• 4.2.1 粘贴碳纤维材料加固的受力特点及使用条件
• 4.2.2 粘贴碳纤维布加固的抗弯承载力计算基本原理
• 4.2.3 考虑二次受力碳纤维布抗弯加固计算
• 4.2.4 粘贴碳纤维布加固的抗剪承载力计算基本理论
• 4.2.5 粘贴纤维复合材料加固的粘贴长度计算
• 4.2.6 粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土T梁计算示例
• 4.3 粘贴碳纤维布加固后的破坏模式
• 4.3.1 破坏模式一:碳纤维布被拉断
• 4.3.2 破坏模式二:受拉钢筋屈服后,受压混凝土压碎
• 4.3.3 破坏模式三:受拉钢筋屈服前,受压混凝土已被压碎
• 4.4 纤维复合材料的最大最小加固量
• 4.4.1 最大加固量的确定
• 4.4.2 最小加固量的确定
• 4.4.3 破坏模式的判断
• 5 碳纤维布加固混凝土梁各受力阶段的剥离机理
• 5.1 粘贴碳纤维布微段的平衡方程
• 5.2 碳纤维布加固完整梁第一受力阶段的剥离应力分析
• 5.3 碳纤维布加固梁第二受力阶段的剥离应力分析
• 5.3.1 相邻稳定裂缝间碳纤维布截面应力分析
• cf（0）、N_cf（l）的确定'>5.3.2 稳定裂缝处碳纤维布拉力N_cf（0）、N_cf（l）的确定
• 5.4 剥离对碳纤维布加固混凝土构件受力性能的影响
• 5.4.1 剥离对加固轴心受拉构件受力性能的影响
• 5.4.2 剥离对加固受弯构件受力性能的影响
• 6 既有钢筋混凝土梁桥横向联系加固技术研究
• 6.1 既有梁桥常用加固技术研究
• 6.1.1 加厚桥面板加固法
• 6.1.2 加强横系梁加固法
• 6.2 梁桥横向联系加强的新型加固技术研究
• 6.2.1 工程概况
• 6.2.2 横向联系补强加固设计
• 6.3 钢横系梁加固应用研究
• 6.3.1 加固前后横向分布系数的对比
• 6.3.2 加固前后位移对比
• 6.3.3 加固前后弯矩对比
• 6.3.4 加固前后频率对比
• 6.4 钢横系梁加固效果分析
• 7 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果