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预应力混凝土桥梁寿命期结构整体性能退化分析
| 论文题名： | 预应力混凝土桥梁寿命期结构整体性能退化分析 |
| 关键词： | 预应力混凝土;混凝土桥梁;桥梁结构;全寿命设计 |
| 摘要： | 预应力混凝土桥梁，由于其具有造价低、使用寿命长、维修工作量小等优点，在世界各国的铁路、公路桥梁建造中得到广泛的应用。然而近年来预应力混凝土桥梁的病害越来越突出，高额的维修费用已引起世人的关注。桥梁结构是有一定寿命的，从施工开始一刻起，施工方法、过程以及各种与时间相关的作用对结构产生的影响不可忽略，因此实际结构的极限承载力和使用性能在寿命期内也是变化的。论文作为西部项目“桥梁工程全寿命设计理论与方法”的子课题之一，主要就预应力混凝土桥梁在寿命期内的性能演变规律进行研究，为建立桥梁全寿命设计方法提供依据。 为了把握钢筋锈蚀造成的耐久性损伤对混凝土结构性能的影响，首先进行了钢筋锈蚀对周围局部混凝土影响的比较分析。论文分别采用弹性力学方法、断裂力学方法和有限元方法。考虑到预应力混凝土桥梁的受力特性，论文采用4种预压应力比较钢筋锈蚀过程中锈胀对周围混凝土应力场的影响，得到了预压应力变大有助于延缓混凝土被胀裂的结论。 服役后存在耐久性损伤桥梁的承载能力下降的原因，是混凝土剥落导致粱体截面损失、钢筋锈蚀、钢筋与混凝土之间粘结应力损失。论文分别对三个因素进行了分析。对粘结应力损失导致结构承载能力进行了分析，得到随着剩余粘结应力的减少，结构极限承载能力下降且破坏形态由延性变为脆性的结论。为了分析钢筋锈蚀和混凝土剥落对整体结构的影响，选择具有代表性的3跨连续试验梁进行极限承载力的力学性能推演，计算了4种退化损伤情况，分别得到荷载-位移曲线，控制断面处混凝土单元、普通钢筋单元和预应力筋单元的荷载-应力应变曲线。验证了实际桥梁随着结构服役时间的增大，结构损伤的增大，结构整体极限承载力下降的规律。 以我国公路常用预应力混凝土4跨连续梁实桥为例，考虑收缩、徐变等混凝土材料固有的时变性，以及施工方法的影响，建立精细的空间三维实体模型，通过钝化和激活单元的方法，模拟钢筋锈蚀量和混凝土剥落量模拟损伤：改变损伤的时间和损伤量，实现了桥梁寿命期因耐久性损伤而造成截面损失的模拟，分析了各跨跨中位移下挠、抗弯承载力和荷载效应的相对关系以及控制截面混凝土应力的演变过程。考虑了超载对失效截面位置的影响，进行了不同模拟方法的对比分析；得到了影响预应力混凝土桥梁寿命期力学性能的敏感因素有：桥梁结构型式、荷载类型、初始设计参数、细节构造、锈蚀开始时间、截面损失率等。 |
| 作者： | 叶文亚 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 范立础;李国平 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 同济大学土木工程学院 |
| 学位年度： | 2007 |
| 正文语种： | 中文 |
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