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原文传递用于独柱墩加固的注胶钢抱箍承载性能与设计优化研究

论文题名：	用于独柱墩加固的注胶钢抱箍承载性能与设计优化研究
关键词：	独柱墩;优化设计;注胶钢抱箍;承载性能
摘要：	独柱墩梁桥因其简洁的外观、超强的户外适应性以及相对较低的造价而被广泛应用于公路工程和市政工程。然而随着近年来经济发展，车辆数量急剧增加，道路超载现象频繁出现，独柱墩梁桥发生倾覆破坏的概率增大，这给人们生命财产造成损失。在多起事故发生后独柱墩曲线梁桥抗倾覆安全评估验算及加固设计逐渐成为研究热点。近年来，为了提高独柱墩桥梁的抗倾覆能力，出现在独柱墩上增设钢抱箍盖梁的加固结构。该结构主要由钢抱箍和牛腿（将梁底压力传递给钢抱箍的结构）两部分组成。为了进一步提高该结构竖向承载能力，在钢抱箍与独柱墩的界面注入结构胶，即“注胶钢抱箍”。当前，对注胶钢抱箍的受力模式及承载性能的研究还鲜有报道，也缺乏相对统一的设计理论。对此，本文围绕“注胶钢抱箍承载力性能与优化设计”开展了相关研究，主要研究工作与结论如下：　　（1）在已有钢抱箍加固独柱墩理论研究的基础上，对注胶钢抱箍的受力模型进行分析，得到注胶钢抱箍竖向承载能力主要由钢-混界面摩擦力（未注胶部分）和钢-混注胶界面抗剪能力这两部分组成。由此，初步建立了注胶钢抱箍竖向承载力的计算公式。　　（2）注胶钢抱箍主要通过胶体界面剪切承担竖向荷载。因此，本文根据受力模式等效，在忽略竖向力弯矩效应的假定下，将曲面钢抱箍受力模式等效为平面钢-混注胶界面的剪切受力模式，以此开展数值模拟及试验研究。通过试验结果和数值模拟结果对比分析可以得出：在不考虑弯矩的情形下，钢-混注胶界面的破坏模式主要由自身强度决定，破坏模式为混凝土浅层剥离破坏，其承载力大小与混凝土面层抗剪强度、结构胶抗剪强度、法向荷载相关。在实际工程中建议在进行独柱墩加固前可提前对混凝土墩柱进行凿毛处理提高混凝土面层抗剪强度，从而提高结构承载力。　　（3）结合试验与数值模拟，对钢-混注胶界面中竖向荷载值、胶体布置进行参数化分析得出：①当仅布置一道结构胶时，随着结构胶宽度的增加，钢-混注胶界面承载力逐渐增大，但增长速率逐渐变缓，当结构胶宽度由50mm增至100mm时，混凝土与结构胶连接部位的最大剪应力值减小量达到21.93％；当结构胶宽度≥150mm时，混凝土与结构胶连接上表面最大剪应力减小速率小于5％，结合经济性与实用性，建议当布置一道结构胶时结构胶宽度取150mm~200mm；②对两道结构胶的情形进行试验与数值模拟分析，发现当结构胶布置厚度、总宽度相同时，两道结构胶布置优于仅一道结构胶布置，所以现场结构胶布置时多条布置形式更合理，布置间距建议取25mm~75mm。根据结构胶的布置厚度无量纲分析，得出结构胶越厚，钢-混注胶界面的承载性能越差，所以结构胶不应太厚，建议只要能达到满足注胶工艺要求的最小厚度即可。　　（4）不考虑法向压力（沿钢板法向施加的压力）影响，采用数值模拟得到不同胶体间距D、胶体宽度B及胶体数量S下，钢-混注胶界面抗剪承载力V数据点。依据数据点，采用MATLAB软件进行拟合，得到抗剪承载力V关于B、D及S的计算公式。将得到计算公式叠加钢-混摩擦力f计算公式，得到注胶钢抱箍竖向承载力计算。并将公式用于实际工程案例中，得出推导公式适用于实际项目，为以后相关设计提供参考。　　（5）依据竖向荷载作用下，钢抱箍牛腿的压力迹线（表征传力路径的迹线），基于ANSYS软件，以“最小用料实现最大承载能力”为目标，对钢抱箍牛腿优化设计，得出牛腿最优形状及加劲肋曲线最优设计公式。根据分析结果，建议牛腿长高比取[0.7,0.9]。
作者：	陈俞嘉
专业：	建筑与土木工程
导师：	康孝先;张兆强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南科技大学
学位年度：	2022