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裝配式空心板梁橋橫向整體性檢測方法研究

來源: www.dcfrg.com.cn 作者:lgg 發布時間:2017-08-24 論文字數:39462字
論文編號: sb2017081622030616869 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
本文是建筑論文,本文在對空心板梁橋受力性能的研究以及對鉸縫常見病害原因分析的基礎上,通過 Midas civil 建立橋梁有限元模型進行數值仿真試驗,提出裝配式空心板梁橋橫向整體性檢測。
1 緒論
 
1.1 研究背景及意義
作為公路交通的樞紐,橋梁的建設對于改善交通錯綜復雜的現狀和保障國民經濟的快速發展起著舉足輕重的作用,因此得到廣泛的關注和重視[1-2]。近來年伴隨著社會的快速發展,我國的公路橋梁建設事業也取得了舉世矚目的成就。據交通運輸部統計數據顯示,截止到 2015 年底,全國公路橋梁總數達到 77.92萬座,共 4592.77 萬米,比上年末增加 2.20 萬座、334.88 萬米。其中,特大橋梁 3894 座、690.42 萬米,大橋 79512 座、2060.85 萬米[3]。圖 1.1 是近五年來我國公路橋梁的發展情況,由此可以看出我國的公路橋梁建設呈現突飛猛進的發展。現階段,裝配式空心板梁橋憑借其構造形式簡單、預制方便、可實現標準化施工,以及造價較低等優點,成為目前國內 20m 以下中小跨徑公路橋梁應用最廣泛、數量最多的結構形式[4]。大量橋梁的建成和運營需要耗費巨大的人力和財力,一旦出現嚴重損壞將會帶來巨大的損失,因此橋梁結構的安全檢測尤為重要。對處于運營服役階段的裝配式空心板橋調查研究發現,由于設計初期橋梁設計人員缺乏深入的理論認識和工程應用研究,設計階段存在考慮不周;限于施工條件的影響,施工階段工程質量控制不嚴出現施工缺陷;另外先前的設計已無法滿足現階段公路橋梁的使用功能,運營階段出現交通流量顯著增大和車輛超載嚴重影響等現象;加之外界環境的長期作用,現役橋梁鉸縫處出現縱向開裂、滲水乃至橋面鋪裝錯層等不同程度的病害現象(如圖 1.2)非常普遍[5]。而鉸縫作為裝配式空心板橋橫向連接的主要部件,與橋面鋪裝層共同完成車輛荷載的橫向傳遞,使橋梁組成一個整體均勻受力。一旦鉸縫出現損傷將直接影響上部結構各個板梁間的橫向傳力,破壞結構的整體受力性能,甚至可能出現“單板受力”的現象,對橋梁結構的安全和使用性能造成嚴重影響。
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1.2 國內外研究現狀
實現對裝配式空心板梁橋的橫向整體性做出迅速、準確的評價,是橋梁檢測領域中的熱點問題和亟待解決的難題。現階段,針對空心板橋鉸縫損傷識別和檢測技術方面的研究相對較少。傳統檢測方法以外觀檢查為主,通過橋梁專業工程技術人員定期開展外觀檢查,對板梁開裂和滲水情況進行判定從而實現橋梁結構評估。但由于鉸縫開裂一般發生在結構內部,橋面鋪裝層的覆蓋使得損傷難以直接觀察。因此利用目測法對鉸縫損傷進行評估時人為影響因素較大,無法及時、準確的給出可靠判定,這樣可能導致橋梁后期的維修加固成本大大增加[6]。通常橋梁上部結構的損傷一般表現在局部剛度的下降,因此可以通過局部損傷導致結構參數的變化來實現對損傷的檢測[7-9]。目前,針對裝配式空心板梁橋的橫向整體性檢測通常采用荷載試驗方法,通過荷載試驗對鉸縫的橫向傳力能力進行判斷。按照試驗測量指標的類型,可將荷載試驗分為兩大類:基于靜力性能指標的損傷檢測和基于動力性能指標的損傷檢測[10]。
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2 空心板梁橋受力特性及鉸縫損傷特征
 
2.1 空心板梁橋受力特性
在橋梁建設中,中小跨徑橋梁廣泛采用的是裝配式預應力空心板梁橋的結構形式。該種類型橋梁的受力原理相對簡單:組成上部結構的各個板梁間利用橫向構造進行連接,借此將其形成一個整體。當橋上荷載施加在行車板上時,通過板梁間鉸縫的橫向傳力,將荷載均勻分配至各個板梁,從而達到整體受力的效果。因此,對空心板梁橋受力特性的研究主要是對其荷載橫向分布原理的計算。在實際橋梁建設中,橋梁施工和構造不盡相同,橫向連接所采用的構造形式也不同。因此,為了能夠對不同類型結構特性的荷載橫向分布進行較為準確的計算,需要采用適用于該特性的簡化計算模型。現階段,針對裝配式空心板梁橋的荷載橫向分布的計算,通常采用鉸接板(梁)法[33]來完成。采用橫向鉸接板法來計算荷載的橫向分布,是基于該類結構在實際工作時各個板梁的受力狀態近似于數根并列且相互間橫向鉸接的狹長板,雖然各個板梁間存在一定的橫向聯系構造,但與剛性橫梁相比連接剛性卻又相對薄弱。圖 2.1 即為采用混凝土企口縫作為裝配式空心板梁橋橫向連接構造的示意圖。當荷載 P 作用于其中一塊板梁上時,該板將產生豎直向下的撓度。但由于連接縫的存在使得各個板梁將同時受力,發生相應的豎向撓曲變化。通常情況下,連接縫處產生的內力有:豎向剪力 xg)( ,橫向彎矩 xm)( ,縱向剪力 xt)( 與法向力 xn)( 。但是,作用于橋梁上的荷載通常由車輛施加,在豎向車輪作用下,豎向剪力 xg)( 所表現出的影響較為顯著;相反縱向剪力 xt)( 與法向力 xn)( 兩者的影響則較為微小。另外由于連接處構造縫的剛度較小,一般將各個板梁間看作鉸接,因此橫向彎矩 xm)( 對荷載作用的傳遞影響較小,可以忽略不計。所以,在采用鉸接板法計算時,通常假設在豎向荷載作用下各個板梁間僅有豎向剪力xg)( 的傳遞。基于上述假設,可實現對裝配式空心板橋的荷載橫向分布計算。
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2.2 空心板梁橋橫向連接構造形式
在裝配式空心板梁橋的實際應用中,鉸縫的構造情況對于結構能否維持正常的工作性能具有關鍵作用。一旦鉸縫出現損傷,就將破壞荷載在整個橋梁結構的橫向傳遞,嚴重時可能產生單板受力現象,對橋梁結構造成嚴重威脅。因此,人們對于橫向連接構造的要求越來越高。實際工程中,常用的橫向連接包括企口混凝土鉸接和鋼板焊接連接兩種方式,一般采用企口混凝土鉸接形式的較多。在已建成的橋梁中,該類鉸縫的構造形式可以分為以下三類,如圖 2.2 所示:經過大量實踐證明,企口混凝土鉸接縫能夠很好地完成橫向連接功能,使各板處于共同受力的狀態[34]。其中,漏斗形鉸縫因其施工方便,性能也較好,在實際工程中應用最為廣泛。漏斗形鉸縫按照企口縫高度的不同,可以分為以下三類:(a)淺鉸縫,(b)中鉸縫,(c)深鉸縫。
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3 基于橫向分布影響線的空心板梁橋橫向整體性檢測..........13
3.1 檢測任務分析...........13
3.2 荷載橫向分布理論.............13
3.3 空心板梁橋有限元模型的建立及分析...........14
3.4 裝配式空心板梁橋橫向整體性檢測數值模擬.........17
3.5 基于橫向分布影響線檢測的有效性分析.......22
3.6 空心板梁橋實橋檢測試驗...........33
3.7 本章小結.........38
4 基于對稱差值影響線的空心板梁橋橫向整體性檢測..........39
4.1 檢測方法概述...........39
4.2 基于相對位移對稱差值影響線的空心板梁橋橫向整體性檢測...........40
4.3 基于相對轉角對稱差值影響線的空心板梁橋橫向整體性檢測...........51
4.4 基于相對應變對稱差值影響線的空心板梁橋橫向整體性檢測...........57
4.5 基于三個不同指標的檢測方法對比分析.......62
4.6 本章小結.........65
5 結論與展望........67
5.1 結論.......67
5.2 展望.......68
 
4 基于對稱差值影響線的空心板梁橋橫向整體性檢測
 
通過上一章對基于橫向分布影響線的裝配式空心板梁橋橫向整體性檢測方法的詳細闡述,可以看出,為了能夠得到各個板梁的荷載橫向分布影響線,需要在跨中截面布置多個位移測點;另外,對建模精度的要求也較高。因此,為了能夠解決損傷檢測中測點布置過多而不便測量的問題,并消除建模帶來的誤差影響,本章提出了一種基于對稱差值影響線的空心板梁橋橫向整體性檢測新方法。在實際應用時,新方法所需布置的測點較少,測量簡單,加載方便,可以排除需要利用測點位置來定位損傷的依賴。特別是對于尺寸較大的橋梁,采用該方法的優勢就更加明顯。
 
4.1 檢測方法概述
目前,針對損傷檢測一般需要考慮三方面的因素:一是可以發現損傷的存在,二是能夠唯一的確定損傷,三是檢測方法具有穩定性和敏感性。為了能夠滿足以上三個方面的條件,需要通過有效增加信息量以減小損傷檢測的空間范圍,以此達到損傷識別的最終要求。根據上述方法思路,并結合工程實際應用條件,便可以進行優化指標的尋求。作為理想指標,通常應當具備下列特征:首先損傷檢測所需的加載或激勵方式容易實現;其次檢測測點的布置應盡可能地減少;最后數據處理盡量簡單,減小誤差。另外與動力性能指標相比,靜力性能指標的獲取更為簡單、精確和穩定,所需要的測量裝置也相對便宜。因此,本章基于上述思路,尋求出一種較為理想的損傷檢測指標。
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結論
 
裝配式空心板梁橋因為其構造形式簡單、預制方便以及造價較低等優勢,成為我國中小跨徑橋梁應用最廣泛、數量最多的結構形式。但由于受到設計、施工以及運營階段諸多方面的影響,已建成橋梁越來越多的發生鉸縫損傷現象,嚴重破壞了結構的橫向整體性能。因此,本文在對空心板梁橋受力性能的研究以及對鉸縫常見病害原因分析的基礎上,通過數值仿真建立裝配式空心板梁橋橫向整體性檢測的新方法,并得到以下主要結論:
(1)鉸縫作為空心板梁橋橫向連接的主要部件,損傷后將導致板梁間荷載橫向傳遞的失效,使荷載的橫向分布不均勻性增大。以受損鉸縫為分界線,受荷載作用一側各板間的鉸接力將增大,而無荷載作用部分將減小。通過鉸縫損傷前后荷載橫向分布影響線的變化,可以對結構的橫向整體性做出評價。
(2)采用基于橫向分布影響線的空心板梁橋橫向整體性檢測方法,通過橫向分布影響線在鉸縫損傷位置處的交叉現象進行鉸縫損傷的識別。該方法在實際應用時操作簡單,加載方便,檢測結果準確可靠。
(3)通過橫向分布影響線對鉸縫損傷位置和鉸縫損傷程度的敏感性分析發現,當鉸縫損傷發生于支座附近時,該方法的敏感性不足;同時在 1/4 跨位置發生損傷較小時,也無法進行準確識別。另外支座損傷將導致橫向分布影響線的變化,對鉸縫損傷的判定產生干擾,因此在進行鉸縫損傷檢測前需先排除支座損傷的影響。
(4)基于“對稱差值影響線”原理,通過分析跨中節點影響線在各對稱位置處的差值特征,分別針對相對位移、相對轉角和相對應變三個測量指標,建立了一種全新的空心板橋橫向整體性檢測方法。
(5)在采用基于對稱差值影響線的檢測方法時,相對位移、相對轉角和相對應變三個測量指標均能獨立完成對鉸縫損傷的判定,識別出鉸縫損傷的局部位置。在今后的應用中可以根據測試環境及條件的不同,靈活選用。
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參考文獻(略)

原文地址:http://www.dcfrg.com.cn/dxjzlw/16869.html,如有轉載請標明出處,謝謝。

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