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原文传递简支板梁桥加固方式对比分析与应用验证

论文题名：	简支板梁桥加固方式对比分析与应用验证
关键词：	简支空心板桥;铰缝失效;数值模拟;粘贴钢板加固
摘要：	简支空心板是我国小跨径梁桥广泛采用的梁板构件形式，主要在于其抗弯强度优异、自重轻、成本低等优势。然而，由于空心板腹板横截面小、板间存在纵向空隙等不利因素，梁板横向联系较弱，长期使用后易产生铰缝失效病害，继而产生板底裂缝、梁板单板受力，以及铺装层开裂、坑槽等病害，危害结构与行车安全，影响行车舒适性。对简支板梁桥进行结构加固是恢复其承载能力和使用性能、延长其使用寿命、减少财政负担、保障行车安全的必要手段。　　当前，大跨径混凝土桥梁主要采用粘贴钢板加固、粘贴碳纤维布加固、聚合物砂浆加固、增大截面法加固等加固方案，但对于小跨径的简支空心板梁桥关注不足。为获得适于小跨径简支板梁桥的有效加固方式，本文依托实际工程项目，针对以铰缝受损或铰缝失效为主要病害的小跨径简支板梁桥，在铰缝病害的失效过程及成因分析、现场试验评估的基础上，进行了3种不中断交通的代表性加固方案的三维非线性有限元数值模拟分析与优选，进一步对优选的粘贴钢板加固方案分析了钢板厚度、空心板长度、倾角、铰缝位置等影响因素，基于分析结果开展了工程应用验证，主要研究内容如下：　　（1）针对京哈高速沈山段以铰缝受损或铰缝失效为主要病害的小跨径简支板梁桥开展了现场调研，划分了铰缝失效过程的不同阶段，理论分析了铰缝完全失效后的危害，从设计、施工、运营方面分析了铰缝失效的原因，选择了一座具有代表性的简支板梁桥开展了现场静载试验，并与理论计算结果进行比对，验证了铰链失效后梁桥处于单板受力的不利状态。　　（2）针对小跨径简支板梁桥的实际特点，选择3种可不中断交通的加固方案，即粘贴钢板加固、粘贴纤维布加固和聚合物砂浆-钢绞线加固，以三维非线性模型建立简支板梁桥加固计算分析模型进行比对分析。其中简支空心板的钢筋单元采用范梅赛斯本构模型模拟，水泥混凝土单元采用旋转裂缝模型非线性模拟；通过未加固梁及上述3种加固方案的应力及荷载位移曲线计算结果比对，确定粘贴钢板加固方案为优选方案。　　（3）对优选的粘贴钢板加固方案，以依托工程中某简支装配式先张法预应力空心板桥为研究对象进行有限元建模，分析了加固钢板厚度、空心板长度、空心板倾斜角度以及铰缝失效位置对加固效果的影响因素分析。结果表明：粘贴钢板加固后桥梁挠度明显降低，但降幅未因钢板厚度的增加产生明显变化，且加固钢板内应力远低于其抗拉强度；钢板长度不变的前提下，空心板长度的增加会减弱加固效果，挠度增加明显；随着空心板梁桥倾斜角度的增加，加固钢板内的拉应力和挠度均减小；铰缝损坏的位置对加固效果无明显影响。　　（4）基于有限元分析结果，开展了工程应用实例验证，确定了钢板等级为Q235级钢材、4.6级钢螺栓锚固件、双组份改性环氧树脂结构胶（HM-120）的材料技术要求及相应的加固方案，形成了施工作业流程。应用结果表明加固效果良好，长期性能正在持续跟踪观测中。
作者：	李阳
专业：	交通运输工程
导师：	耿立涛;李金峰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东建筑大学
学位年度：	2021