敖汉双曲拱桥加固及提载技术研究

论文摘要

旧双曲拱桥在使用多年后,主拱圈变形和钢筋混凝土材料的老化影响了双曲拱桥的承载能力。但双曲拱桥本身具有一定的超载潜能,只要找到病害的原因,进行相应的处治,其大多数是可以继续运营的。一方面能节省大量投资,收到良好的社会经济效益; 一方面可通过维修和改造旧桥,可以消除安全隐患,提高公路通行能力和服务水平。本文根据钢筋混凝土非线性有限元的工作原理,利用有限元软件ADINA对敖汉桥的加固、提载进行了理论分析。采用平面杆系单元进行结构的承载力检算,采用3D实体单元进行梁体荷载响应模拟。有限元的应用,充分考虑了材料的老化、主拱圈变形等因素,为桥梁结构加固提供科学的设计指导。论文针对桥梁上部结构病害情况提出了合理的加固方案:拱背补强法,并为结构加固设计进行了理论推导。加固方案中使用了膨胀混凝土,弥补了普通混凝土用于结构补强收缩的缺陷,并论述了膨胀混凝土的加固机理和配合比试验。对敖汉桥的中墩采用预应力锚索配合喷射混凝土技术进行加固,有效的增大了中墩抗推刚度,减小了拱脚水平位移。最后通过有限元程序ADINA对桥梁加固效果进行了模拟,结合敖汉桥的荷载试验进行数据比较,得出桥梁加固和理论计算的结论。

论文目录

• 1 绪论
• 1.1 双曲拱桥梁概述
• 1.1.1 双曲拱桥梁的发展与现状
• 1.1.2 双曲拱桥的结构特点
• 1.1.3 双曲拱桥的常见病害
• 1.1.4 危旧双曲拱桥加固维修的研究意义
• 1.2 危旧双曲拱桥承载能力检算方法
• 1.2.1 桥梁的横向分布系数
• 1.2.2 拱式拱上建筑的联合作用
• 1.2.3 连拱作用对检算的影响
• 1.2.4 桥梁承载力的确定
• 1.3 危旧双曲拱桥加固一般原则和方法
• 1.3.1 危旧双曲拱桥加固的一般原则
• 1.3.2 加固常用的加固方法
• 1.4 敖汉桥桥况调查与加固要求
• 1.4.1 敖汉桥现状调查
• 1.4.2 桥梁加固提载的要求
• 1.5 论文的主要内容
• 2 敖汉桥承载能力的有限元法分析
• 2.1 有限元法及 ADINA 程序介绍
• 2.1.1 有限单元法在桥梁结构分析中应用
• 2.1.2 ADINA 程序简介
• 2.2 桥梁检算有限单元的工作原理
• 2.2.1 平面杆系单元
• 2.2.2 实体3D 单元
• 2.2.3 钢筋混凝土有限元模型
• 2.3 有限元材料模型及求解非线性控制
• 2.3.1 混凝土材料本构及破坏准则
• 2.3.2 钢筋材料本构及破坏准则
• 2.3.3 有限元求解的非线性控制
• 2.4 桥梁结构承载力检算
• 2.4.1 敖汉桥承载力检算荷载
• 2.4.2 平面杆系单元检算拱圈承载力
• 2.4.3 3D 实体单元模拟荷载响应
• 2.4.4 敖汉桥检算结论
• 3 敖汉桥加固方案
• 3.1 主拱圈的补强加固
• 3.1.1 拱圈修补处理
• 3.1.2 补强钢筋的设置
• 3.2 膨胀混凝土应用
• 3.2.1 膨胀混凝土的工作机理
• 3.2.2 膨胀混凝土配比试验
• 3.3 拱上建筑及桥面系
• 3.4 桥墩加固
• 4 敖汉桥加固效果分析
• 4.1 静力荷载试验
• 4.1.1 试验测试截面
• 4.1.2 荷载工况与加载
• 4.2 敖汉桥三维实体的有限元仿真模拟
• 4.3 桥梁拱顶挠度及横向分布系数
• 4.3.1 试验荷载作用
• 4.3.2 单位荷载作用
• 4.4 桥梁拱脚水平位移
• 4.5 主拱圈测试截面应变分析
• 4.6 动力荷载试验
• 4.6.1 试验工况
• 4.6.2 试验过程
• 4.6.3 动载试验成果
• 4.7 加固后敖汉桥技术评定
• 4.8 理论计算及试验总结
• 5 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 5.3 进一步研究内容
• 致谢
• 参考文献