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原文传递不同截面结构形式桥梁拼宽横向分布系数研究

论文题名：	不同截面结构形式桥梁拼宽横向分布系数研究
关键词：	桥梁拼宽;受损后横向分布系数;横向分布规律;承载能力;有限元分析
摘要：	随着公路桥梁交通量需求的日益增长，现有公路桥梁已不能满足其通行能力的要求。所以桥梁拼宽就成为解决交通繁重、提高桥梁共同承载能力、改善桥梁横向分布、提高公路桥梁通行能力的优质方法，传统的旧桥拼宽实际工程中绝大多数都是采用相同截面结构形式的梁体进行拓宽改建，而不同截面结构形式桥梁拼宽和拼宽工程中旧桥局部受损对横向传递影响的研究较少。因此，对新、旧桥梁横向分布规律和受损后横向传递的研究和实际应用具有理论和实践的意义。　　本文依托工程为临金高速公路临安至建德段工程第6标段安仁互通施家水库拼宽桥和杭新景主线拼宽桥，采取高T梁与箱梁，矮T梁与空心板这两种不同截面结构形式桥梁拼宽进行了严谨的图纸设计、缩尺试验研究和有限元分析，主要进行了以下工作内容和结论: 　　(1)有效结合了国内外对桥梁拼宽拓建的研究现状和未来发展趋势，并对桥梁横向分布系数影响计算方法进行介绍，针对目前其横向分布规律研究较少的状况，详细介绍了本文提出的老桥拓宽改造采用不同截面结构形式在静载作用下横向分布的规律; 　　(2)为了考察桥梁拼宽后新旧桥的挠度和承载能力，基于临金高速公路临安至建德段工程第6标段安仁互通施家水库拼宽桥和杭新景主线拼宽桥梁体的实际尺寸进行1∶3缩尺构件设计，事先通过有限元模拟确定构件处于弹性阶段的荷载，对2组T梁-箱梁、T梁-空心板拓宽构件开展多种荷载工况下的静载试验，针对旧桥受损的情况设计箱梁跨中截面局部受损工况，在箱梁局部损伤下重复受损之前工况，并且详细介绍了构件和混凝土台座的模型尺寸、测点布置方案、试验加载方案以及测量内容; 　　(3)对试验过程、试验结果进行描述和分析，对比分析各试验构件不同工况下的钢筋应变、混凝土应变、挠度和横向分布系数等指标参数。试验结果表明，各个工况下，不同截面结构形式的横向分布系数沿桥梁跨度基本相同，荷载加载在跨中和四分之一跨处的横向分布系数也基本相等;对比单点加载工况与对称加载工况，对称加载的工况横向分布系数的分布较单点加载的工况横向系数的分布明显更加合理;不论荷载加载在截面任意位置，跨中截面变形都是最大的;对比中载工况和偏载工况，会明显发现各截面的变形均小于中载工况相对应截面的变形，说明偏载作用下更有利于桥梁受力和寿命的延长。和相同截面结构形式桥梁拼宽相比，不同截面结构形式的桥梁拼宽（尤其是抗弯刚度接近的箱梁-T梁拼宽）横向荷载的传递效果良好，可应用于实际工程中，但抗弯刚度相差较大的空心梁板-T梁拼宽根据实测挠度计算的横向分布系数结果较差,不利于桥梁的整体受力; 　　（4）利用ABAQUS有限元软件对弹性工作阶段的拓宽箱梁和空心板进行桥梁模型的建立和分析，采用混凝土塑性损伤本构模型，基于大量的模型试算，确定了箱梁受损截面有限元模型的刚度损伤程度，考察T梁、箱梁、空心板的挠度、应力和应变，并且模拟结果和试验结果有良好的吻合度，体现了本文有限元模型模拟结果的可靠性,并且验证了试验的准确性; 　　（5）阐述了静荷载条件下采用不同截面结构形式进行拼宽的荷载传递规律，进行整体结构计算和参数分析，结合数值模拟，分析新建桥梁与旧桥拓宽共同工作之后，得到不同工况下对采用不同截面结构形式进行拼宽时的荷载传递影响规律。针对箱梁跨中受损位置进行缩尺试验，基于子模型法建立桥梁损伤位置精细有限元模型，将试验结果与有限元模型计算结果进行对比分析，进行有限元模型修正，分析得到受损前后对采取不同截面结构形式桥梁进行拼宽的荷载传递影响规律。　　（6）通过有限元模拟相同截面结构形式桥梁拼宽与不同截面结构形式桥梁拼宽,发现相同截面结构形式桥梁拼宽横向分布较为合理，箱梁-T梁截面拼宽与箱梁-箱梁截面横向分布系数接近，空心板-T梁截面拼宽与空心板-空心板截面拼宽荷载横向分布系数相差较大，说明箱梁-T梁这一不同截面结构形式桥梁拼宽可应用于实际桥梁拼宽工程中，空心板-T梁截面拼宽是否能适用于实际桥梁加宽工程还有待进一步的研究; 　　（7）通过有限元模拟计算，研究箱梁跨中截面局部抗弯刚度损伤程度对桥梁横向分布系数的影响，结果表明当箱梁截面出现裂缝即抗弯刚度下降时，箱梁和T梁截面的横向分布系数随抗弯刚度的损失程度加重而逐渐增大，且损伤的箱梁截面横向分布系数大于未损伤的T梁截面，说明箱梁局部受损伤后荷载的横向分配向损伤的箱梁截面偏移，易造成结构性损坏从而导致安全事故的发生。　　（8）通过有限元模拟受损范围对横向分布系数的影响结果表明，当箱梁跨中截面损伤程度相同时，箱梁和T梁截面的横向分布系数随箱梁跨中截面受损范围增大而逐渐增大，且箱梁跨中截面横向分布系数最大，说明箱梁截面随着损伤范围增大承担更多的桥梁内力，最不利截面在箱梁跨中截面位置，易造成结构性损坏从而导致安全事故的发生。　　(9)通过有限元模拟不同受损位置对横向分布系数的影响结果表明，当箱梁跨中截面损伤程度相同及受损范围相同时，当桥梁局部损伤出现在箱梁跨中截面时横向分布系数最大，但无论箱梁截面局部受损在何种位置对T梁横向分布系数的影响均较小,这说明箱梁跨中截面的损伤对桥梁横向分布的影响最大，应及时加强对跨中受损位置处的监测和加固工作。　　(10)以构件M1弹性阶段工况三、七、九、十为例，分别采用偏心压力法、铰接梁法以及刚性横梁法3种横向分布系数计算方法与实测数据进行对比分析，分析得出采用刚性横梁法时平均误差最小，对于跨径5m箱梁-T梁不同截面结构形式桥梁拼宽，接缝处采用刚性连接，且宽跨比小于0.5时，采用刚性横梁法更为合理。
作者：	喻逸凡
专业：	土木水利
导师：	曹大富;孙传智
授予学位：	硕士
授予学位单位：	扬州大学
学位年度：	2023