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基于表观裂缝病害的在役混凝土桥梁性能评估模型研究
| 论文题名： | 基于表观裂缝病害的在役混凝土桥梁性能评估模型研究 |
| 关键词： | 混凝土箱梁桥;表观裂缝病害;抗剪承载力;性能评估 |
| 摘要： | 量大面广的混凝土箱梁桥普遍存在的腹板开裂和持续下挠病害，是长期困扰桥梁工程研究、设计和管养的技术难题。针对带斜裂缝的混凝土桥梁结构，如何定量评估裂缝对结构剩余抗剪承载力的影响，是性能评估中亟待突破的瓶颈问题。 本文针对混凝土桥梁结构裂后抗剪性能定量评估难题，遵循“力学机理——理论模型——实际应用”的技术路线开展研究，取得的主要研究成果包括： （1）针对节段悬臂施工的预应力混凝土箱梁桥，揭示了悬臂束锚固力引起腹板附加剪应力的产生机理，并给出了实用计算方法。箱梁桥腹板斜裂缝的开裂成因非常复杂，包括薄壁箱梁的空间效应、温度效应、预应力损失等。本文对引起腹板斜裂缝的一种新成因进行了研究，即悬臂束锚固力引起的腹板附加剪应力。建立了锚固区的力学模型，根据隔离体的受力平衡条件，推导了悬臂束锚固力引起的附加剪应力的计算公式。发现附加剪应力在竖直截面上自平衡，且在腹板上部与自重产生的剪应力叠加，使得峰值剪应力显著增大，这是梁单元模型分析无法考虑的。分析了节段长高比较小的桥梁中相邻节段的附加剪应力叠加效应，以数座实桥验证了提出的理论公式的准确性。 （2）基于修正压力场理论（MCFT），提出了根据表观裂缝病害反演分析结构剩余抗剪承载力的评估模型。以斜裂缝的表观参数作为输入，根据变形相容条件推算开裂混凝土的平均应变场，进一步引入材料本构关系和受力平衡条件推算开裂混凝土的应力场，得到既定裂缝病害下开裂区域的实际剪应力水平，并据此定量评估结构的剩余抗剪承载力。利用德克萨斯大学开展的混凝土梁抗剪试验，验证了评估模型的准确性。分析了影响结构剩余抗剪承载力的主要因素，包括斜裂缝宽度、混凝土强度、构件抗剪面积和配箍强度，验证了结构剩余抗剪承载力与这些因素之间的关系。 （3）将基于表观裂缝病害的性能评估模型应用于箱梁桥和盖梁的剩余抗剪承载力评估。考虑纵向和竖向预应力影响进一步对评估模型进行了修正，将预应力作为外荷载考虑，使得混凝土结构受到均匀的纵向和竖向正应力。将评估模型应用到受剪开裂的某盖梁和出现腹板斜裂缝的某预应力混凝土箱梁桥中，评估得到其剩余抗剪承载力，实现了混凝土结构裂后抗剪性能的定量化评估。 |
| 作者： | 徐天 |
| 专业： | 土木工程;桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 贺志启 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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