【摘要】：隨著混凝土橋梁拼接加寬技術(shù)在既有公路改擴(kuò)建工程中的廣泛應(yīng)用,建立針對性的拼寬混凝土橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論、方法和規(guī)范日益迫切,而精確高效的結(jié)構(gòu)受力性能分析和可靠度分析是完成這些任務(wù)的前提。關(guān)于拼寬混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的受力性能,特別是長期收縮徐變性能,現(xiàn)有研究絕大多數(shù)均是針對某一特定橋梁結(jié)構(gòu)的有限元分析,所得結(jié)果和結(jié)論的一般性普遍不強(qiáng)。關(guān)于拼寬混凝土橋梁結(jié)構(gòu)的可靠度,國內(nèi)外的研究很少,尚未達(dá)到實(shí)際工程應(yīng)用的需求�；诖�,本文結(jié)合試驗(yàn)研究和理論分析,對拼寬混凝土橋梁結(jié)構(gòu)在長期收縮徐變性能和時(shí)變可靠度兩方面的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)理論進(jìn)行了研究,具體內(nèi)容如下:1.混凝土自由收縮變形試驗(yàn)研究及預(yù)測模型修正(1)通過18個(gè)混凝土試件500d收縮變形的觀測,定量研究了構(gòu)件尺寸和截面形狀(包括矩形和箱形截面)對混凝土自由收縮變形的影響。結(jié)果表明:試件尺寸同時(shí)影響混凝土的收縮終值和發(fā)展速度,尺寸越大,收縮終值越小,收縮發(fā)展越慢;對于箱室完全封閉的箱形截面試件,其收縮值和發(fā)展速度小于相應(yīng)實(shí)心試件是由于封閉箱室的實(shí)際理論厚度較大所致,計(jì)算封閉箱室實(shí)際理論厚度時(shí)應(yīng)對其內(nèi)表面周長進(jìn)行修正,修正系數(shù)可取0.45。(2)根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果對我國現(xiàn)行公路橋規(guī)(JTG D62-2004)的收縮預(yù)測模型進(jìn)行了修正,本文和相關(guān)文獻(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了修正公式的適用性。2.新舊混凝土約束收縮試驗(yàn)研究及理論分析(1)對18個(gè)不同尺寸和界面狀態(tài)(包括鑿毛、鑿毛加植筋兩種)新舊混凝土組合試件的約束收縮應(yīng)變進(jìn)行了300d長期觀測,結(jié)果表明:新混凝土在新-舊混凝土界面附近位置(測點(diǎn)2-2’)和自由邊附近位置(測點(diǎn)1-1’)的約束收縮應(yīng)變分別遠(yuǎn)小于和略大于對照組試件的自由收縮應(yīng)變;各測點(diǎn)的約束收縮應(yīng)變均隨著試件尺寸的增大而減小;界面鑿毛加植筋試件在測點(diǎn)1-1’和測點(diǎn)2-2’位置的約束收縮應(yīng)變值分別大于和小于同尺寸界面鑿毛試件的相應(yīng)應(yīng)變值。(2)結(jié)合彈性力學(xué)平面應(yīng)力問題的逆解法和徐變計(jì)算的按齡期調(diào)整有效模量法(AAEM),提出了一種用于計(jì)算新舊混凝土組合體系約束收縮效應(yīng)的解析方法。相較于已有基于初等梁理論的分析方法,該基于彈性力學(xué)理論方法的精度更高、適用性更強(qiáng),且可以通過設(shè)置界面剪切剛度來計(jì)入界面位置新舊結(jié)構(gòu)相對縱向滑移的影響。對于本文試驗(yàn)所采用的鑿毛界面和鑿毛加植筋界面,根據(jù)相應(yīng)新舊混凝土組合試件約束收縮應(yīng)變數(shù)據(jù)識別得到的剪切剛度分別為4×10~(10)N/m~3和9×10~(10)N/m~3。(3)采用所提基于彈性力學(xué)理論的解析方法分別對本文所測試新舊混凝土組合試件和一座實(shí)際拼寬混凝土板橋的約束收縮應(yīng)力進(jìn)行了分析。結(jié)果表明:在新、舊混凝土收縮、徐變差共同作用下,組合試件的新混凝土部分偏心受拉、舊混凝土部分偏心受壓,新舊組合結(jié)構(gòu)整體會產(chǎn)生平面內(nèi)的彎曲效應(yīng),舊混凝土部分對新混凝土部分收縮變形的約束導(dǎo)致界面上產(chǎn)生較大的剪應(yīng)力,且新、舊混凝土部分亦在界面邊緣分別出現(xiàn)最大拉、壓應(yīng)力。(4)與新舊混凝土組合試件相比,由于所分析拼寬板橋的寬跨比較大(2.75),拼接縫界面上的收縮徐變剪應(yīng)力沿梁長分布的非線性更加明顯,在梁端部出現(xiàn)剪應(yīng)力集中,而拼接縫兩側(cè)新舊梁的縱向拉、壓應(yīng)力沿梁長的分布則更加均勻;跨中截面新、舊梁各自范圍內(nèi)均存在中性軸且縱向正應(yīng)力沿橫橋向的分布均呈明顯的非線性,平截面假定不再適用。3.考慮拼接縫影響的拼寬混凝土橋梁收縮徐變效應(yīng)解析分析(1)基于材料力學(xué)初等梁理論并計(jì)入新舊梁在拼接縫界面位置由于界面應(yīng)力引起的局部變形,建立了包含拼接縫單元在內(nèi)的拼寬混凝土橋梁收縮徐變差效應(yīng)理論分析模型和相應(yīng)的各項(xiàng)收縮徐變應(yīng)力計(jì)算公式,所得計(jì)算公式形式簡潔且精度較高,因此具有較強(qiáng)的實(shí)用性。(2)根據(jù)所得到的解析計(jì)算公式對5m跨新舊混凝土板拼接結(jié)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)分析,結(jié)果表明:拼接縫彈性模量的大小對拼寬結(jié)構(gòu)收縮徐變效應(yīng)的影響較小;隨著拼接縫寬度的增大,拼接縫位置的各項(xiàng)界面應(yīng)力在整個(gè)界面長度上均趨于均勻分布,且最大值明顯減小。因此,在實(shí)際拼寬工程中,可通過適當(dāng)增大拼接縫寬度以降低結(jié)構(gòu)的不利收縮徐變效應(yīng)。4.拼寬混凝土橋梁收縮徐變效應(yīng)隨機(jī)性分析(1)結(jié)合基于按齡期調(diào)整有效模量法的有限元分析和基于拉丁超立方抽樣(LHS)的蒙特卡洛數(shù)值模擬,建立了適用于多梁式拼寬混凝土橋梁收縮徐變效應(yīng)隨機(jī)性分析的算法體系,并據(jù)此對一座25m跨簡支拼寬預(yù)應(yīng)力混凝土T梁橋進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:各主梁內(nèi)因新舊橋收縮徐變差引起的跨中截面最大軸力均不拒絕服從正態(tài)分布,軸力期望值的最大值出現(xiàn)在最靠近拼接縫的兩片主梁內(nèi);與期望值一樣,主梁收縮徐變軸力的標(biāo)準(zhǔn)差也隨著時(shí)間的增長不斷增大,即收縮徐變效應(yīng)的不確定性隨時(shí)間不斷增大,最終穩(wěn)定在較高的水平。(2)參數(shù)敏感性分析結(jié)果表明,在各影響因素中,混凝土收縮、徐變模型不確定性系數(shù)對拼寬混凝土橋梁收縮徐變效應(yīng)不確定性的影響最大。5.拼寬混凝土橋梁結(jié)構(gòu)時(shí)變可靠度分析(1)在考慮混凝土收縮徐變、鋼筋銹蝕以及新、舊橋間汽車荷載重分布三方面作用對主梁抗力和荷載效應(yīng)影響的基礎(chǔ)上,建立了多梁式拼寬混凝土橋梁主梁構(gòu)件和上部結(jié)構(gòu)體系時(shí)變可靠度分析的通用性框架和具體算法。(2)算例分析結(jié)果表明,考慮收縮徐變的影響后,拼寬后結(jié)構(gòu)各主梁彎矩抗力的變異系數(shù)均明顯增大;在混凝土收縮徐變、鋼筋銹蝕和新舊梁間汽車荷載重分布三方面因素中,收縮徐變對主梁構(gòu)件時(shí)變可靠度的影響最大,對于承受較大收縮徐變軸力的拼接縫兩側(cè)主梁尤為如此。就所分析的橋梁而言,盡管拼接縫兩側(cè)新、舊主梁的汽車荷載橫向分布系數(shù)在拼寬后結(jié)構(gòu)的所有主梁中為最小,但這兩片主梁的可靠度仍將分別在拼寬完成后50年和15年左右時(shí)退化至可靠度下限值β_T(4.2)以下。(3)除混凝土收縮徐變外,不同主梁間抗力的相關(guān)性對拼寬橋梁上部結(jié)構(gòu)體系可靠度的影響也不容忽視。當(dāng)考慮混凝土收縮徐變并認(rèn)為新舊橋內(nèi)部各主梁的抗力完全相關(guān)時(shí),所分析拼寬橋梁上部結(jié)構(gòu)的體系可靠度將會在拼寬完成后70年左右時(shí)退化至可靠度下限值β_T(4.2)以下。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U441
【圖文】：

圖 1.1 上海市某高架橋增設(shè)邊梁拓寬示意[13]臂挑梁拓寬法下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、墩臺現(xiàn)狀良好，能滿足拓寬后承載力較簡便的拓寬方法。具體施工步驟為：拆除兩側(cè)欄桿層并對舊橋進(jìn)行相應(yīng)地加固；在墩臺上舊梁的兩側(cè)安土懸臂挑梁并與舊梁形成有效連接；在懸臂挑梁上安筑橋面鋪裝。挑梁不能高于既有主梁，因此其懸臂長度和承載能力挑梁進(jìn)行拓寬的能力同樣有限，一般只適合用于增設(shè)車道。圖 1.2 為某國道上一座 T 梁橋通過該方法增設(shè)

圖 1.1 上海市某高架橋增設(shè)邊梁拓寬示意[13]1.2 增設(shè)懸臂挑梁拓寬法當(dāng)舊橋的下部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、墩臺現(xiàn)狀良好，能滿足拓寬后承載力的要求時(shí)臂挑梁是較簡便的拓寬方法。具體施工步驟為：拆除兩側(cè)欄桿和人行道舊橋鋪裝層并對舊橋進(jìn)行相應(yīng)地加固；在墩臺上舊梁的兩側(cè)安裝鋼筋混應(yīng)力混凝土懸臂挑梁并與舊梁形成有效連接；在懸臂挑梁上安裝車行道道板并澆筑橋面鋪裝。顯然，懸臂挑梁不能高于既有主梁，因此其懸臂長度和承載能力均受到限增設(shè)懸臂挑梁進(jìn)行拓寬的能力同樣有限，一般只適合用于增設(shè)人行道或輛通過的車道。圖 1.2 為某國道上一座 T 梁橋通過該方法增設(shè)人行道的

本文編號：2721664