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中小跨径混凝土桥梁加固设计理论与决策方法初步研究

作　者: 邢骋
导　师: 项贻强
学　校: 浙江大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 中小跨径钢筋混凝土梁桥病害横向体外预应力加固荷载横向分布有限元决策支持系统 Visual Basic
分类号: U445.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文以中小跨径的预应力混凝土空心板梁桥为研究对象,重点从空间受力角度,通过理论及数值分析,探讨了该类桥梁的上部结构的空间受力行为,提出了修正G-M法计算加固后桥梁荷载横向分布系数的方法及计算假设,分析了软土地基下桩基础的设计计算方法,并针对多种病害,开发出中小跨径混凝土梁桥加固决策支持系统。主要研究成果如下：1)铰接装配式空心板桥控制截面处相关应力值的空间有限元分析表明铰缝处的横向拉应力超标为单板受力及绞缝处产生纵向裂缝的主要原因,提出采用增设横向预应力体系进行加固和改善桥梁横向受力的两种方案,并对其进行数值分析和比较。所提出的加固方案均能有效减少铰缝间混凝土的横向拉应力,且在距梁底25cm处设置相应的横向预应力钢筋加固效果更加明显,在耐久性与安全性方面更具优势。2)将横向预应力加固后的铰接空心板梁桥比拟为正交异性板,并通过纵横向刚度计算的假设,提出了修正的G-M法预测分析此类加固后桥梁的荷载横向分布；同时分别以两座典型空心板桥为背景,利用所提出的修正G-M法、有限元数值法分别进行分析,并与静载试验数据相对比。结果表明所提出的修正G-M法计算的荷载横向分布系数与有限元法所得结果平均误差在6%以内,并与试验值相符；对边梁的计算结果,修正G-M法较试验值偏大3.9%,有一定安全储备,可将其作为计算该类桥梁加固后荷载横向分布的一种简化方法。3)针对软基桩基被动桩的侧向压应力的影响,分析讨论了“绕流阻力法”和“侧压力系数法”理论上的差异及对地基基础的影响。对软土地基很差的条件,“绕流阻力法”可更加充分地计入软土在桩周流动对桩的影响。4)将中小跨径桥梁主要病害、加固方案、层次分析、模糊综合评价及优化决策模型相结合,以Microsoft Access2007、Visual Basic6.0及Matrixvb为工具,采用面向对象的程序设计方法,在Windows平台上初步研究开发了中小跨径桥梁加固决策系统。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
Abstract  7-9
目录  9-13
插图清单  13-16
列表清单  16-17
1 绪论  17-36
  1.1 研究目的及意义  17
  1.2 中小跨径桥梁组成及设计方法概述  17-25
    1.2.1 中小跨径混凝土板梁桥的组成  17-21
    1.2.2 主要的设计方法概述  21-25
  1.3 中小跨径混凝土梁桥的研究现状  25-30
    1.3.1 国内外桥梁加固修复技术领域研究概况  25-26
    1.3.2 混凝土铰接板桥铰接缝及单板受力的研究现状  26-28
    1.3.3 软基桩土相互作用研究现状  28-29
    1.3.4 桥梁加固决策支持系统研究现状  29-30
  1.4 本文的主要研究内容  30-33
  参考文献  33-36
2 中小跨径混凝土梁桥病害特征及加固方法概述  36-59
  2.1 下部结构病害  36-43
    2.1.1 基础病害类型  36-38
    2.1.2 桥梁墩台病害类型  38-42
    2.1.3 墩台盖梁病害  42-43
  2.2 下部结构主要加固修复对策  43-52
    2.2.1 基础加固  44-46
    2.2.2 桥梁墩台加固  46-49
    2.2.3 桥梁盖梁加固  49-52
  2.3 上部结构病害  52-55
    2.3.1 空心板铰缝处病害  53-54
    2.3.2 预应力混凝土空心板梁纵向裂缝病害  54
    2.3.3 钢筋混凝土空心板底板横向裂缝病害  54-55
    2.3.4 铺装层连续桥面病害  55
  2.4 上部结构主要加固对策  55-57
  2.5 本章小结  57-58
  参考文献  58-59
3 典型铰接预应力混凝土空心板梁桥的空间受力行为分析  59-70
  3.1 概述  59
  3.2 工程背景概述  59-60
  3.3 空间有限元建模分析研究  60-63
    3.3.1 建立有限元模型  60-62
    3.3.2 确定计算参数  62-63
  3.4 原设计(加固前)空间受力分析  63-67
    3.4.1 确定车辆荷载  63-64
    3.4.2 荷载组合  64-65
    3.4.3 计算结果及分析  65-67
  3.5 纵向裂缝病害机理  67-68
  3.6 本章小结  68-69
  参考文献  69-70
4 旧桥加固工程应用实例  70-87
  4.1 某典型铰接预应力混凝土空心板梁桥加固方案设计  70-71
  4.2 加固方案的受力分析及比较  71-77
    4.2.1 加固后的有限元分析模型  71-73
    4.2.2 计算结果与分析  73-76
    4.2.3 加固方案的比选  76-77
  4.3 横向预应力钢绞线锚固设计  77-81
    4.3.1 锚垫板的设计要求  77-79
    4.3.2 本工程实例中单孔锚垫板的设计  79-81
  4.4 横向加固施工概述  81-84
    4.4.1 概述  81
    4.4.2 预应力孔道施工  81
    4.4.3 铰缝空隙的混凝土压注  81-83
    4.4.4 预应力索安装与定位  83
    4.4.5 边板侧面预应力锚具衬板安装  83
    4.4.6 预应力筋穿索及张拉  83
    4.4.7 钢绞线及其锚头的防腐与保护  83-84
    4.4.8 钢绞线及其锚头的防腐与保护  84
  4.5 本章小结  84-86
  参考文献  86-87
5 横向加固的空心板梁桥设计分析理论  87-96
  5.1 加固后桥梁荷载横向分布影响线的比较分析  87-89
  5.2 横向加固后桥梁荷载横向分布计算理论  89-90
  5.3 理论计算值与有限元数值计算的比较  90-91
  5.4 结果分析与比较  91-92
  5.5 与有关试验结果的对比验证  92-94
    5.5.1 工程背景及试验研究  92-93
    5.5.2 荷载横向分布的计算及与试验结果的比较  93-94
  5.6 本章小结  94-95
  参考文献  95-96
6 软土地基下桩基础结构设计计算方法研究  96-114
  6.1 概述  96
  6.2 柱基础的受力分析  96-98
  6.3 桩基处附加竖向压应力计算  98-105
    6.3.1 台后路基填土引起的基底附加竖向压应力的计算  98-103
    6.3.2 桥台锥坡产生的附加竖向压应力  103-105
  6.4 极限侧压力的计算方法  105-109
    6.4.1 塑性变形理论  105-106
    6.4.2 绕流阻力法  106-107
    6.4.3 侧压力系数法  107-109
  6.5 桩身侧压力计算方法比较  109-112
  6.6 本章小结  112-113
  参考文献  113-114
7 中小跨径混凝土梁桥加固决策支持系统研究  114-131
  7.1 决策树  114-115
  7.2 桥梁病害加固方法汇总  115
  7.3 评价指标体系  115-118
    7.3.1 指标体系的构建原则  116-117
    7.3.2 评价指标体系的构建  117-118
  7.4 凝土梁桥加固效果评价  118-123
    7.4.1 概述  118
    7.4.2 加固后正截面承载能力计算理论  118-123
  7.5 加固经济性指标评价  123-126
    7.5.1 价值工程概念  123
    7.5.2 经济性评价依据  123-126
  7.6 加固备选方案决策模型  126-129
    7.6.1 传统优化选型方法  126-127
    7.6.2 系统优化选型方法确定  127-129
  7.7 本章小结  129-130
  参考文献  130-131
8 桥梁加固决策支持系统软件的初步设计  131-150
  8.1 系统的功能定位及模块划分  131-133
    8.1.1 系统开发目标  131
    8.1.2 系统描述  131-132
    8.1.3 用户要求  132
    8.1.4 系统功能  132-133
  8.2 系统开发工具简介  133-136
    8.2.1 Visual Basic 6.0简介  133-134
    8.2.2 MatrixVB简介  134-135
    8.2.3 Access简介  135-136
  8.3 系统数据库设计  136-138
    8.3.1 数据模型简介  136
    8.3.2 数据库的设计  136-138
  8.4 系统软件功能设计  138-147
    8.4.1 系统登陆  139-140
    8.4.2 公共模块设计  140
    8.4.3 系统主界面设计  140-141
    8.4.4 病害列表模块  141-142
    8.4.5 加固方案列表模块  142
    8.4.6 加固决策模块设计  142-147
    8.4.7 使用帮助  147
    8.4.8 系统附带工具  147
  8.5 系统主窗体代码实现  147-148
  8.6 本章小结  148-149
  参考文献  149-150
9 结论与展望  150-152
  9.1 主要工作及结论  150-151
  9.2 创新点  151
  9.3 有待进一步研究的问题  151-152
作者简介及在校期间所取得的科研成果  152-153

中小跨径混凝土桥梁加固设计理论与决策方法初步研究

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