結(jié)構(gòu)缺陷和損傷對桁架拱橋極限承載力的影響研究.pdf

1、我國已建公路鋼筋混凝土桁架拱橋大多存在如下病害:下弦桿拱腳處橫向開裂；弦桿端部節(jié)點裂縫；桁架拱片歪扭；橫系梁、橫拉桿、橫隔板豎向開裂；橋面板裂縫、破碎；伸縮縫破損或者缺少；人行道變形下垂,位于兩跨接縫處人行道和拉桿橫向裂縫。有必要研究在役鋼筋混凝土桁架拱橋存在多種缺陷和損傷情況下的極限承載力,為確定其實際承載能力和進行安全性評估提供依據(jù)。
　　 本文綜述了國內(nèi)外拱橋承載力研究狀況,缺陷和損傷對拱結(jié)構(gòu)影響的研究進展,分析比較了拱橋

2、極限承載力不同分析方法,以某桁架拱橋為工程背景,對該類有缺陷和損傷鋼筋混凝土桁架拱橋的極限承載力進行了分析研究。
　　 論文根據(jù)鋼筋混凝土桁架拱橋的各桿件均以承受軸力為主、節(jié)點處彎矩較小的受力特點,基于鋼筋與混凝土共同工作、協(xié)調(diào)變形原理,推導(dǎo)出適合于鋼筋混凝土桁架單元分析的理想彈塑性復(fù)合材料拉壓不對稱本構(gòu)關(guān)系；按比擬桿-附加彈簧模型簡化等效樁土相互作用；對鋼筋混凝土桁架拱橋建立考慮非線性效應(yīng)的有限元分析數(shù)值模型。分別采用線彈性、

3、幾何非線性及雙重非線性等分析方法對三種不同結(jié)構(gòu)形式桁架拱橋進行了極限承載力對比分析,研究了非線性效應(yīng)對于鋼筋混凝土桁架拱橋承載力分析結(jié)果的影響程度。結(jié)果表明,鋼筋混凝土桁架拱橋極限承載力分析,更宜采用考慮幾何非線性和材料非線性的雙重非線性分析方法。荷載作用工況對拱橋極限承載力有很大影響,給出了不同荷載工況下結(jié)構(gòu)的破壞過程及破壞模式,并歸納出兩種最不利的荷載工況。
　　 通過數(shù)學(xué)方法,從條件隨機變量出發(fā),推導(dǎo)出缺陷隨機分布方式；論

4、文基于雙重非線性分析方法,研究了具有不同的面內(nèi)、面外缺陷分布形式桁架拱橋的極限承載力。對于三種結(jié)構(gòu)形式的桁架拱橋,將一階特征值屈曲模態(tài)作為結(jié)構(gòu)的面內(nèi)、外缺陷分布形式,隨著缺陷幅值的增大,結(jié)構(gòu)極限承載力不斷下降；在缺陷幅值控制在跨徑的1/1500以內(nèi)時,缺陷對結(jié)構(gòu)的極限承載力影響很小；當(dāng)缺陷幅值超過跨徑的1/1500后,隨著缺陷幅值的增大,極限承載力會有很大下降。與面內(nèi)缺陷相比,當(dāng)缺陷幅值在跨徑的1/500以內(nèi)時,同樣的缺陷幅值,面外缺陷

5、對于極限承載力的影響要小于面內(nèi)缺陷；但是,當(dāng)缺陷幅值超過跨徑的1/500以后,同樣的缺陷幅值,面外缺陷對于極限承載力的影響要大于面內(nèi)缺陷。無論面內(nèi)缺陷分布方式還是面外缺陷分布方式,特征值屈曲形式的缺陷分布不一定是最不利的缺陷分布方式,如六階隨機缺陷分布方式對極限承載力的影響就大于特征值屈曲形式的缺陷分布方式。但是,一者高階的缺陷分布方式出現(xiàn)的概率較小,再者特征值屈曲形式的缺陷分布方式對極限承載力的影響要大于絕大多數(shù)隨機缺陷分布方式,所以

6、,大多數(shù)情況下,可以近似地認(rèn)為特征值屈曲形式的缺陷分布方式接近于最不利的缺陷分布方式。
　　 損傷程度的增大,引起結(jié)構(gòu)剛度的下降,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形的增大；而且隨著損傷程度越大,結(jié)構(gòu)變形的增大速率越大,呈非線性變化。隨著損傷程度的增大,結(jié)構(gòu)的極限活荷載系數(shù)成線性下降。通過規(guī)律性分析,得出有損傷結(jié)構(gòu)極限活荷載系數(shù)λ=λ0(1-1.1×η)。實橋非線性分析與簡化分析結(jié)果對比表明,含缺陷、損傷桁架拱橋結(jié)構(gòu)簡化分析方法與非線性分析所得極限活荷

7、載系數(shù)相差較小,本文推導(dǎo)的簡化分析方法可以作為在一定缺陷和損傷情況下,桁架拱橋結(jié)構(gòu)極限承載力近似計算方法。綜合目前國內(nèi)外常見的幾種結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全系數(shù)定義,給出了適合于在役舊鋼筋混凝土桁架拱橋的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定安全系數(shù)定義方法及最低容許值為5的建議。我國現(xiàn)行《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000)所給拱肋施工允許偏差略顯保守,軸線橫向偏位的允許范圍可略大于豎向偏位的允許范圍。
　　 本文的研究有助于了解桁架拱橋的破壞形式、破壞過程