2×90m多拱肋式钢筋混凝土拱桥荷载试验及承载能力评估

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拱桥在竖向荷载的作用下,两端支撑处除有竖向反力外,还产生水平推力,使拱截面产生轴向压力。这样便大大削减了截面的弯矩,从而减小了截面的拉应力,轴向压力能够抵消一部分拉应力,使得截面的拉应力水平进一步降低。与同跨径的梁式桥相比,截面上的拉应力大大减小,这样便增大了拱桥的跨越能力,容易实现桥梁结构的大跨度。为了减小拱的截面尺寸,减轻拱的质量,在混凝土中配置有受力钢筋的,称之为钢筋混凝土拱桥。在钢筋混凝土拱桥中,截面的拉应力主要有受拉钢筋承受。这样,桥跨结构的工程数量可相应减小,有效地提高了拱桥的经济性能,扩大了拱桥的使用范围。同时,钢筋混凝土拱桥在建筑艺术上也容易处理,可以通过选择合理的拱式体系及突出结构上的线条来达到美的效果。钢筋混凝土拱桥具有造型美观,结构轻巧,跨越能力大,能够充分发挥材料特性等优点,因此该种桥梁结构形式在国内外得到了广泛的应用。然而随着桥梁结构服役期的延长以及交通荷载等级的不断提升,钢筋混凝土拱桥也出现了结构构件开裂、不可恢复变形、缺损以及拱脚混凝土压溃开裂多种形式的病害,导致整体桥梁结构的使用功能下降及性能恶化。对于出现病害的桥梁结构,最为合理的途径是对桥梁结构进行检测,依据检测结果对桥梁的使用状态和现有的承载能力进行评估,进而采取合理的维修和加固措施。在桥梁结构的检测中,静力荷载试验和动力荷载试验是依据实测的静力参数和动力参数对桥梁的状态进行评价,荷载试验方法客观性强,评估结果可靠。目前,还没有形成系统、完善的钢筋混凝土拱桥的荷载试验方法,因此,本文开展钢筋混凝土拱桥荷载试验及承载能力评估方法研究是十分有意义的。本文以2×90m多拱肋式钢筋混凝土拱桥为工程依托,主要进行了以下研究工作:1、阐述了大跨径钢筋混凝土拱桥的动力参数和冲击系数测试方法,建立了2×90m钢筋混凝土拱桥的动力特性理论分析模型,计算了该桥的动力特性。依据动力特性计算结果,结合结构振动测试的基本原理,探讨了2×90m钢筋混凝土拱桥的动力测点布置、激振方法以及采样频率设定等动力荷载试验中的关键技术。提出采用NEXT/ITD方法对采集到的随机动力响应进行模态分析,识别出了桥梁结构的动力参数。利用跑车的方式对桥梁结构进行激振,测试了桥梁结构的速度时程响应,对速度时程响应进行积分运算获得了桥梁结构的位移时程响应,分析了各种跑车速度下的桥梁结构位移增大系数。依据动力参数测试结果和冲击系数测试结果,对桥梁结构的动力性能进行了分析评价。2、建立了桥梁结构的空间梁格静力理论分析模型,依据建立的理论分析模型确定了静力荷载的试验荷载工况以及不同工况情况下试验荷载的加载位置。根据理论分析结果,对桥梁结构进行了静力荷载试验,测试了特定截面的挠度和应变值。根据测试数据对桥梁结构的刚度、强度以及荷载横向分布情况进行了分析。3、探讨了钢筋混凝土拱桥承载能力计算的判别式,并且明确了判别式中各参数的取值。建立了钢筋混凝土承载能力检算的理论分析模型,依据桥梁所处的地区、设计图纸以及相关规程等确定了各检算参数。依据理论分析模型和检算参数,分别对依托工程主拱的承载能力极限状态和正常使用极限状态进行了检算,依据计算结果对桥梁的使用状态进行了明确的评价。
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