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原文传递超强高韧性树脂钢丝网混凝土及预应力简支梁桥加固理论研究

论文题名：	超强高韧性树脂钢丝网混凝土及预应力简支梁桥加固理论研究
关键词：	预应力混凝土板梁桥;树脂钢丝网混凝土加固;组合截面;承载能力;静载试验
摘要：	本文首次提出了超强高韧性树脂钢丝网混凝土加固预应力板梁这一研究内容，基于提高混凝土板梁的刚度、延性、承载能力等性能出发，围绕新材料及加固课题，采用材料试验、理论分析及足尺静载和疲劳试验验证，系统分析预应力混凝土梁板加固后的受力机理及其破坏过程，提出该预应力混凝土板梁加固方式的计算分析方法。本文研究成果可为预应力梁板加固设计理论、施工控制决策和营运养护管理提供科学依据和理论支撑。主要研究内容有以下几点: 　　1、介绍预应力混凝土板梁桥的发展概况和趋势;依托某一高速公路间隔3年病害检测，针对最常见的开裂及铰缝病害进行全面分析，揭示了裂缝形成及铰缝破坏的机理。基于B/S模式，采用J2EE架构，选用MicrosoftSQLServer2008数据库，编制桥梁技术状况等级评定系统，系统将全自动地生成技术状况评定的结果以及全部中间过程，支持数据导出到Excel、Word、PDF等文件，可对多次检测结果进行对比分析，总结病害发展趋势，提出预警信号，为避免或减少此类病害及探索科学有效的加固方法提供依据。　　2、从空心板加固角度出发，确定树脂混凝土基材的最佳配合比;对加固基材进行详细的试验研究，确定材料的基本参数。从微观角度采用聚丙烯纤维、特制铁屑及从宏观角度加入高强钢（铁）丝网对基材进行增韧试验;基于加固梁基材开裂后宏观上应力流需要连续传递，对配置高强钢（铁）丝网混凝土板进行详细的试验研究，分析受力全过程，根据弹性梁理论和组合截面假定推导了复合板的承载能力计算公式，得出板的合理配筋率，及提出向加固梁配筋率的转化计算公式;提出足尺梁加固合理配筋率。　　3、对4片梁进行静载试验研究，4片静载试验梁分别用于足尺裸梁（对比梁）静载试验、无钢丝网足尺梁静载试验、少量钢丝网足尺梁静载试验、适当钢丝网足尺梁静载试验。加固梁相比较对比梁，开裂荷载及破坏荷载均有显著提高;此加固方法在正常使用荷载水平上，梁体刚度提高10％左右;随着荷载的增加，进入塑性阶段后，挠度平均降低较大，加固层与原有混凝土粘结性能较强，最后加载脱开模式为:加固层将原有梁钢筋保护层混凝土全部拉脱。　　4、选取合适的混凝土、普通钢筋、预应力钢绞线及此加固材料的本构关系;推导预应力混凝土空心板梁加固层最大配筋率;选择其中两种模式计算承载能力:①受拉普通钢筋及预应力钢筋屈服;②加固层高强钢丝网屈服或者加固层脱落、断裂;运用条带法及参考规范进行修正的裂缝折减方法进行承载能力计算，破坏模式1下，加固梁承载能力实测值提高19.39％，理论值提高15.67％;破坏模式2下，加固梁承载能力实测值提高33.82％，理论值提高28.38％;分析计算结果与试验值吻合误差，提出适用的计算方法; 　　5、采用标准的4片梁为基础，运用常用的铰接板法验证梁-板组合结构及实体单元的精确性，分析了运用实体单元模拟桥跨结构时，在梁位线处与其余集中方法误差的原因;分析此加固方法加固空心板梁后的横向受力机理，简化计算模型，提出了修正的刚接板法及修正的G-M法计算其荷载的横向分布。加固后荷载横向分布影响线较加固前明显平缓，说明此加固方法有效地增强了板间协调受力能力，板的受力主要为多板协同受力，荷载横向分布更为均匀，横向整体受力提高显著，传统的铰接板梁法已不能满足此种加固方法的横向分布计算。　　6、本文分5个断面对某高速公路车流量及车辆轴重、轴距等参数进行详细的调查，运用灰色系统预测理论对其进行100年交通量预测。按照常用的1～7类车划分标准及轴数两种方法统计，按照疲劳损伤累积等效的原则，将所有车辆简化为10类车型，提出重载交通高速公路简支梁桥等效标准3轴及4轴疲劳车辆模型，并将模型与国内外典型疲劳车辆模型进行对比分析，讨论本文制定的标准疲劳车的合理性，为我国疲劳车制定提供一定的参考价值。　　7、利用本文制定的标准疲劳车对加固空心板进行疲劳性能试验，分析试验过程中梁板的刚度、强度及残余变形等参数的变化规律，疲劳过程中未发现异常情况，0～400万次疲劳试验后，梁体残余变形较小;最大静荷载工况下，最大挠度及应变基本一致;符合平截面假定;梁体的刚度及强度基本没有退化现象;400万次疲劳荷载后加固梁未破坏，加固梁仍然有疲劳潜力。随后进行静载破坏试验，对比未经过疲劳荷载的加固梁力学行为，梁体的受力性能，承载能力、裂缝特性等基本不变，残余变形有所增加，加固梁疲劳性能满足要求。　　8、根据本文研究成果，将成果编辑成程序，采用高效便捷的C＃语言，选用MicrosoftSQLServer2008R2数据库，实现此加固方法的系统程序，以实现减轻设计者的强度，提高设计效率的目的。系统具有较强的扩展性和可用性，系统将全自动地生成加固设计的结果以及全部中间过程，并支持数据导出到WORD、PDF、CAD等文件。
作者：	严猛
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	杨永清
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015