基于損傷累積效應(yīng)的PC橋梁疲勞性能演化分析.pdf

1、橋梁及其構(gòu)造物作為交通運輸領(lǐng)域的重要結(jié)構(gòu)工程,不僅承擔(dān)著繁重的運輸承載任務(wù),更關(guān)系到國家和人民的財產(chǎn)和生命。面對日益多樣增加的運輸任務(wù)和復(fù)雜多變自然環(huán)境,橋梁及其構(gòu)造物損毀和局部損傷頻發(fā)。因此,橋梁結(jié)構(gòu)工程的耐久性及安全性更趨重要,科研工作者開始逐步審視橋梁設(shè)計、施工、運營及維護(hù)中的問題及其解決方法。本文嘗試從結(jié)構(gòu)損傷累積效應(yīng)的角度,在橋梁從施工到運營階段乃至結(jié)構(gòu)全壽命周期中,通過建立基于預(yù)制的損傷累積數(shù)值模型,分析研究橋梁施工階段和運

2、營階段存在的既有損傷及階段累積損傷,對橋梁結(jié)構(gòu)的影響效應(yīng)及其疲勞應(yīng)力(幅)發(fā)展規(guī)律。通過對PC橋梁的累積損傷及疲勞特性進(jìn)行定量和定性分析,以期對實際問題的解決有所參考。
　　本文主要研究內(nèi)容如下:第一,通過對施工中和運營中橋梁的調(diào)查,分析得出橋梁各階段存在的問題和研究現(xiàn)狀,并指出各類損傷及累積損傷可能造成的危害及其引起原因。在提出問題的基礎(chǔ)上,提出目前國內(nèi)外有關(guān)橋梁結(jié)構(gòu)損傷及累積損傷研究狀況及存在的問題,重點分析了橋梁結(jié)構(gòu)在施工階

3、段和運營階段形成的損傷及后期的累積損傷。進(jìn)而指出PC橋梁結(jié)構(gòu)中大量使用的混凝土及鋼筋的疲勞特性,以及由累積損傷引起的材料自身疲勞演化特性。第二,通過調(diào)查和統(tǒng)計既有橋梁結(jié)構(gòu)工程事故,提出了由橋梁損傷及累積損傷引起各類事故的三種原因,即強(qiáng)度退化損傷、剛度退化損傷和耐久性退化損傷,同時指出了三類損傷及累積損傷在橋梁結(jié)構(gòu)中的典型缺陷和表現(xiàn)。有針對性指出了累積損傷變量的表達(dá)形式,及其在損傷分析中的考慮因素。在歸因的基礎(chǔ)上,提出了本文典型累積損傷分

4、析模型的建立方法和思路,并提出了典型累積損傷工況及荷載組合類型。第三,建立兩類橋梁結(jié)構(gòu)累積損傷數(shù)值模型,分析研究在預(yù)制損傷及累積損傷工況下結(jié)構(gòu)相應(yīng)力學(xué)指標(biāo)敏感性。某特大跨徑剛構(gòu)橋按四類損傷工況進(jìn)行了比較分析,分別對累積損傷造成的應(yīng)力和線形的影響做了詳細(xì)比較分析。結(jié)果表明對于三向預(yù)應(yīng)力體系箱梁結(jié)構(gòu),縱向預(yù)應(yīng)力損失或過張拉造成的損傷及累積損傷對結(jié)構(gòu)線形和應(yīng)力變化較敏感。同時,箱梁彎曲剛度的折減引起結(jié)構(gòu)縱向上下緣正應(yīng)力變化影響較為可觀。某黃河

5、特大橋按實際非正常施工情況進(jìn)行損傷建模,考慮了最大懸臂狀態(tài)處于冬季凌汛期的停工時間累積效應(yīng),研究了在此類損傷累積對橋梁結(jié)構(gòu)施工和運營階段的受力和安全影響。結(jié)果表明,在當(dāng)前設(shè)計和施工狀況下,結(jié)構(gòu)在最大懸臂不利工況效應(yīng)、混凝土隨時間的收縮徐變效應(yīng)及施工階段對成橋力學(xué)效應(yīng)影響較小,該橋在施工階段和成橋階段具有良好的受力和安全性能。通過對兩類典型累積損傷模型分析及其結(jié)論,明確了類似工程的施工和運營階段累積損傷造成的作用效應(yīng)特性。第四,在上述橋梁

6、損傷及累積損傷研究的基礎(chǔ)上,建立了橋梁結(jié)構(gòu)考慮累積損傷條件下的疲勞特性模型,比較研究各類累積損傷分析模型考慮的因素和分析參數(shù)。進(jìn)而,基于實測交通統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)及累損傷分析理論,提出了適用于內(nèi)蒙古運煤專線公路橋梁的標(biāo)準(zhǔn)疲勞車輛荷載及布載原則。第五,依據(jù)上述提出的累積損傷分析模型及分析工況,以某特大跨剛構(gòu)橋為實例進(jìn)行疲勞特性分析和驗算,得出了在運煤專線公路橋梁標(biāo)準(zhǔn)疲勞車輛荷載作用下結(jié)構(gòu)的應(yīng)力幅及位移幅演化規(guī)律曲線。結(jié)果表明,對于典型的三跨PC