bo钢筋混凝土坦板拱桥检测及加固技术的研究.doc
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1、Thesis Submitted toHebei University of TechnologyForThe Master of Engineering Degree of Architectural and Civil EngineeringSTUDY ON TESTING AND STRENGTHENING INREINFORCED CONCRETE FLAT PLATE ARCH BRIDGEByShiSupervisor:QiaoProf. Song WaliProf. Meng GuangwenSeptember 20112原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师指导
2、下,进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。学位论文作者签名:日期:2011 年 9月 2 日关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的规定。同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版,并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文;学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的
3、阅览服务;学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版;在不以赢利为目的的前提下,学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名:导师签名:日期:2011 年 9 月 2 日日期:2011 年 10 月 8 日河北工业大学工程硕士学位论文钢筋混凝土坦板拱桥检测及加固技术研究摘 要本文以清河桥为工程背景,对钢筋混凝土坦板拱进行力学分析,由拱轴线的坐标及各截面的几何特性,建立力学计算模型;对桥梁结构进行表观检查和荷载试验,分析各工况下的力学模型的理论值,并将其与实测值比较,得到校验系数等参数;根据加固前的复核计算及加固
4、前的荷载试验结果提出该桥的加固方案。通过对对钢筋混凝土坦板拱检测与加固研究,给出了可获得控制截面最大加荷效率的测点布置和加载方案;拱桥结构采用增大截面法加固后,分析了恒载、汽车、温度及墩台位移对结构的影响。对加固后结构,根据新老结构层在工程实际中的受力特点,对结构进行承载能力极限状态计算。增大截面法是一种有效的桥梁加固改造方法,具有施工简便、工期短、经济性较好等优点,而目可大幅提高结构的承载能力、改善各拱肋间的荷载横向分布情况。本论文对同类型桥梁的检测与加固改造具有一定的参考价值。关键词:钢筋混凝土,拱桥,检测,加固i钢筋混凝土坦板拱检测及加固技术研究STUDY ON TESTING AND
5、STRENGTHENING INREINFORCED CONCRETE FLAT PLATE ARCH BRIDGEABSTRACTThis paper take the Qinghe bridge as the engineering background, make mechanicalanalysis to reinforced concrete flat plate arch bridge, the mechanics computation model wasestablished by analysing the arch axis coordinates and the geom
6、etric properties of each crosssections; the measured values was get by making visual examination and loading experimentto the bridge structure, and compared with the theoretical values of each cases, calibrationcoefficient and other parameters were obtained; this bridges reinforcement plan was raise
7、d byre-check calculation and the test results of the loading experiment before the reinforcement.Based on the technical study, the measuring point arrangement and loading plan ofobtaining the maximum loading efficiency in the control section was obtained. The dead loadin arch bridge structure genera
8、lly increases after reinforcement by augmented section method,so it is necessary to analyze internal force induced by the vehicle, temperature andsedimentation of abutment in its the least unfavorable case. According to the new and oldstructure layer mechanical properties in real project, the reinfo
9、rced structure must becalculated in ultimate limit states. Augmented section method is an effective bridgereinforcement and reconstruction methods, it has the advantages of easy and convenientconstruction, short construction period, better economy, etc., and it can significantly increasethe carrying
10、 capacity of the structure, improve the transverse distribution of load betweeneach arch rib. This paper has certain reference value to the same type bridges test andstrengthening.KEYWORD: reinforced concrete, arch bridge, testing, strengtheningii河北工业大学工程硕士学位论文目录第一章 绪论 . 11-11-2问题的提出. 1研究现状. 11-3 研究
11、内容与方法. 4第二章 工程概况 . 52-1 上部结构 . 52-2 下部结构 . 8第三章 桥梁表观检查和荷载试验结果分析 . 113-1 试验概况 . 113-2 桥梁结构表观检查及混凝土强度评定. 123-3 荷载试验测点布置及加载方案. 123-4试验结果及理论分析. 18第四章 桥梁结构加固设计. 254-1 既有桥梁结构主拱圈几何特性的计算. 254-2 维修加固设计方案. 264-3 截面内力、位移影响线的计算. 264-4 加固结构验算. 284-5 桩基承载力验算. 41第五章 结论与建议 . 44参考文献 . 47致 谢 . 48iii河北工业大学工程硕士学位论文第一章
12、绪论1-1问题的提出随着经济建设的发展,交通量的不断增加,超载超限现象的加剧,其自重轻、拱肋刚度小、横向联系弱,拱上结构不能共同作用点也暴露无遗,这大大降低了桥梁结构的安全系数和使用耐久性,严重时将直接导致结构的破坏、垮塌,造成严重后果。在宽浅河槽上修建了许多二铰钢筋混凝土箱型坦板拱桥,我国现存此类拱桥的总长约 2 万多米,仅河北、山西、山东两省现存 50 余座。由于交通量的增加以及结构本身的缺陷,这种桥都发生了不同程度的损坏,有些甚至不能使用。混凝土箱型板拱桥,可以用较小的截面积获得较大的截面抵抗矩,减轻了拱桥的自重,多用于大、中跨径的拱桥。但箱肋拱桥的结构整体性较差,各拱肋间的横向不均匀变
13、形较大,从而使梁式拱上建筑破坏较为严重;另外,拱肋的箱壁较薄,承载能力的富余不大,在超载作用下,拱肋开裂严重。拱肋开裂、拱上建筑易于破坏是该类拱桥的通病,寻找一种行之有效并兼顾施工和社会经济效益的箱肋拱桥加固方法是值得探讨的课题本课题以清河桥为工程背景,对钢筋混凝土坦板拱进行病害调查及病害原因的分析,对其检测与加固技术进行研究。清河桥始建于 1988 年,钢筋混凝土变截面两铰板拱,标准跨径 10m,矢跨比为 1/250,全桥 16 孔,桥宽:7m,主拱圈截面形式为五室箱形,设计荷载汽15 级。1-2研究现状1.2.1 拱桥的受力体系拱桥将桥面的竖向荷载转化为部分水平推力,使拱的弯距大大减小,拱
14、主要承受压力,充分发挥圬工材料抗压性能。拱桥的优点为(1)具有较大的跨越能力,充分发挥圬工及其它抗压材料的性能;(2)构造较简单,受力明确简洁;(3)形式多样、外型美观。拱桥的缺点为:(1)有水平推力的拱桥,对地基基础要求较高,多孔连续拱桥互相影响;(2)跨径较大时,自重较大,对施工工艺等要求较高;(3)建筑高度较高,对稳定不利。拱式桥跨结构按照静力图式可以分为 2 种类型。(1)拱桥按桥面布置在桥跨结构的上面或下面,可以分成上承式的、下承式的(无系杆拱)或中承式的(见图 1.1),均为有推力拱。1钢筋混凝土坦板拱检测及加固技术研究图 1.1 上承式、下承式和中承式拱桥Fig 1.1 Deck
15、,through and half-through arch bridge在简单体系的拱桥中,上承式拱桥的拱上建筑或中、下承式拱桥的拱下悬吊结构(统称为行车道系结构),不与主拱一起承受荷载。桥上的全部荷载由主拱单独承受,它们是桥跨结构的主要承重构件。拱的水平推力直接由墩台或基础承受。按照主拱的静力特点,拱桥又可以分成如下的三种,见图 1.2三铰拱属外部静定结构。由于温度变化、支座沉陷等原因引起的变形不会在拱内产生附加内力,计算时无需考虑体系弹性变形对内力的影响。当地基条件不良,又需要采用拱式桥梁时,可以采用三铰拱。但由于铰的存在,使其构造复杂,施工较困难,维护费用增高。而且,减小了结构的整体刚
16、度,降低了抗震能力。又由于拱的挠度曲线在顶铰处有转折,对行车不利。因此,三铰拱一般较少采用。国外三铰拱的最大跨径达 107m。我国仅在一些较小跨径的桥上有所采用。公路空腹式拱桥的拱上建筑中的边腹拱,常用三铰拱。两铰拱属外部一次超静定结构。由于取消了拱顶铰,使结构整体刚度较三铰拱大。在墩台基础可能发生位移的情况下或坦拱中采用,较之无铰拱可以减小基础位移、温度变化、混凝土收缩和徐变等引起的附加内力。目前,世界最大跨径的两铰拱桥是日本的外津桥,跨径 170m。无铰拱属外部三次超静定结构。在自重及外荷载作用下,拱内的弯矩分布比两铰拱均匀,材料用量省。由于无铰,结构的整体刚度大,构造简单,施工方便,维护
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