PC箱梁桥加固前后损伤检测及其性能评价的理论和试验的研究.pdf

ABSTRACT 摘要 在土木工程结构中，桥梁是一种在不干扰下部交通情况下跨越障碍物的工程结 构。在普通民众看来，桥梁像花岗岩一样坚硬，可是在工程师眼中，桥梁是一种独 特的结构类型，它不同于我们常见的结构物。在环境温度作用下，桥梁结构会发生 一定的膨胀或收缩；在环境风荷载的作用下，特大跨径桥梁会发生振动。而且，桥 梁还会受到来自于融雪盐、环境腐蚀和超载作用的不利影响。桥梁是交通系统中最 为关键的一环，而且它的安全性关系到我们每个人的安危。桥梁的设计理念、技术 进步，以及世界范围内的桥梁建设中所获得的经验，代表了土木工程界最为重要和 引人注目的成就。 本文的主要研究工作包括：通过桥梁结构的静力和动力分析理论，分析桥梁结构病 害发生前，结构在恒载和活载作用下的设计内力。识别和确定桥梁结构上构件的病 害。通过静力和动力荷载试验，评价桥梁结构的静力与动力工作性能。通过不同的 损伤构件加固维修方法，提高桥梁结构的工作性能。通过理论与实验方法分析加固 后结构的静力和动力响应，进而评价维修加固后桥梁结构的工作性能。 针对不同的结构形式和病害类型，本文主要以三座桥作为研究对象。第一座是佳木 斯预应力混凝土 T 梁桥，第二座是哈双预应力混凝土箱梁桥，第三座是三股线部 分预应力混凝土箱梁桥。本文通过SAP2000 VER. 14.2.0 对这三座桥进行了理论分 析，获得了这三座桥的设计内力，以及结构的动力和静力响应。分析结果显示，三 座桥的最大应力、应变，最大竖向位移均满足现行桥梁规范（JTG D62-04 ）的技 术要求。但由于当时基于的桥梁设计规范（JTJ023-85 ）所采用的设计荷载低于现 行规范（JTG D62-04 ），再加上超载现象的普遍存在，三座桥均存在超过现行规范 要求的拉应力，并在拉应力区出现了混凝土开裂。动力分析中确定了桥梁结构的固 有频率、受迫振动频率、加速度、位移和冲击系数，而且分析结果显示车辆速度对 桥梁的动力响应有明显的响应。 病害的现场检查结果显示，三座桥的结构构件均存在不同程度的多处病害。在桥梁 箱梁的不同位置都发现了大量的混凝土开裂现象，裂缝的存在影响了结构的工作性 能，降低了结构的刚度和弹性工作状态。对混凝土碳化深度、混凝土抗压强度、桥 面完整性，以及混凝土腐蚀情况的测试，评价了桥梁材料的性能。静载和动载测试 评价了整体结构的工作性能。根据中国规范中的评价指标，桥梁的众多结构构件均 存在刚度不足和承载力不足的现象。因此，这些桥梁均需要维修加固来提高其工作 性能，并延长结构的使用年限。 对这些桥梁可以有许多不同的方法来进行维修加固，以提高结构的静力和动力的工 作性能。佳木斯大桥采用的维修加固内容包括：维修桥面铺装层、更换伸缩缝、处 理支座、对裂缝化学灌浆处理、对顶板进行钢板加固，以及 T 形悬臂结构主跨体 外预应力加固。对哈双大桥采用的维修加固方法包括：处理混凝土裂缝、沿桥梁纵 向加厚箱梁腹板并增加体内预应力，以及对箱梁间的横隔板进行混凝土加固。对三 股线大桥采用的维修加固方法包括：增加 10CM 厚的桥面铺装层、对中跨和边跨 I ABSTRACT 箱梁的底部使用钢板加固、桥梁全部结构体外预应力加固、中跨合拢段底部下边缘 粘贴高强度混合纤维加固，以及化学灌浆处理处理混凝土的结构裂缝。 本文通过SAP2000 VER. 14.2.0 分析了维修加固后桥梁结构的静力和动力响应。结 果显示，加固后结构的拉应力降低了 50% ，竖向位移相对于加固前也有减小，表 明这些维修加固方法有效地提高了结构的工作性能。维修加固后结构的固有频率也 得到了增加，这表明加固方式可有效地降低结构振动，增大结构弹性工作范围。维 修加固后，我们还进行了实地的病害检查和荷载试验，结果显示，结构构件状态良 好，没有新的裂缝产生，裂缝灌浆处理效果较好；外贴钢板也都处于较好的工作状 态；虽然更换了全部的伸缩缝，但仍有部分伸缩缝又发生了严重的损害，影响了结 构整体的工作性能；体外预应力系统工作状态良好；桥面板工作状态良好，但在佳 木斯大桥上桥