鋼-混凝土組合梁橋耐久性若干問題的研究.pdf

1、結(jié)構(gòu)的耐久性是一個歷史性問題，但耐久性這個概念成為工程人員與科研工作者耳熟能詳?shù)囊粋€名詞，并成為結(jié)構(gòu)工程界研究的一個熱點，則是近十幾年來的事情。在最新的橋梁結(jié)構(gòu)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范中，均明確提出橋梁結(jié)構(gòu)要具有足夠的耐久性能。回顧耐久性研究的歷史我們卻發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的耐久性內(nèi)容多集中于鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件，已有的研究成果不足以讓我們對鋼-混凝土組合梁橋結(jié)構(gòu)及其構(gòu)件使用年限內(nèi)的耐久性能有一個完整的認(rèn)識。事實上隨著鋼-混凝土組合梁橋使用

2、年限的增加，逐漸步入其生命周期的一個階段，也開始暴露出一些特有的耐久性問題，而目前并無相應(yīng)的理論或計算方法?；诖吮尘?，本文針對鋼-混凝土組合梁橋耐久性的若干問題開展研究工作。
　　1）鋼-混凝土組合梁橋構(gòu)件層次的耐久性研究：基于材料及構(gòu)件層次的耐久性研究是解決結(jié)構(gòu)耐久性問題的基礎(chǔ)，而目前研究對象多集中于鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件，就鋼-混凝土組合梁橋而言，缺少對其關(guān)鍵構(gòu)件——抗剪連接件耐久性能的認(rèn)識和了解。本文首次對鋼-混組合

3、梁梁橋常用的栓釘連接件進(jìn)行了耐久性試驗研究，采用人工電化學(xué)試驗方法模擬栓釘連接件可能受到的環(huán)境侵蝕作用，然后通過靜載試驗和疲勞試驗，探討栓釘連接件銹蝕后的靜力工作性能和抗疲勞性能。試驗結(jié)果表明，栓釘連接件銹蝕后的抗剪承載力、抗剪剛度、疲勞壽命等基本力學(xué)性能均出現(xiàn)了不同程度的變化，不同的銹蝕特征造成的影響程度不同。此外，本文對栓釘連接件由于完全承受結(jié)合面處剪力反復(fù)作用而導(dǎo)致的靜力承載力降低程度進(jìn)行了分析。組合梁橋控制截面處的栓釘連接件處于

4、較高應(yīng)力狀態(tài)，車輛荷載的反復(fù)沖擊對其造成不可逆的損傷，這種損傷不斷積累必然造成栓釘極限承載力的下降。本文基于斷裂力學(xué)的方法建立了栓釘連接件真實承載力與疲勞荷載關(guān)系的計算模型，然后通過試驗數(shù)據(jù)歸納分析確定了近似計算公式?；谠摴?，分析了栓釘直徑和初始缺陷率，以及疲勞應(yīng)力幅值對使用壽命期內(nèi)栓釘極限承載力退化程度的影響。
　　2）建立鋼-混凝土組合梁橋結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的總體框架和基本流程：目前，關(guān)于橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法尚無統(tǒng)一的規(guī)定，

5、不同學(xué)者基于各自理念對橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計的總體框架和設(shè)計內(nèi)容提出了不同的看法。本文歸納了目前常見的幾種結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法，基于對耐久性內(nèi)涵的理解，提出橋梁結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計應(yīng)該是涵蓋橋梁整個設(shè)計使用壽命內(nèi)，保證橋梁結(jié)構(gòu)在設(shè)計使用年限內(nèi)具有足夠耐久性能的系統(tǒng)工程。從時間上來劃分，它包括初步設(shè)計階段結(jié)構(gòu)材料、幾何尺寸及構(gòu)造的耐久性設(shè)計，施工階段施工質(zhì)量的耐久性控制要求，以及使用階段養(yǎng)護(hù)、維修及加固預(yù)案的設(shè)計。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合鋼-混凝土組合梁橋的

6、結(jié)構(gòu)特點，本文初步建立了該橋型耐久性設(shè)計的總體框架和基本流程，并對每項設(shè)計內(nèi)容作了具體介紹；總結(jié)了鋼-混凝土組合梁橋在不同環(huán)境作用下可能遭受的主要侵蝕作用，并給出了其結(jié)構(gòu)及構(gòu)件設(shè)計使用壽命建議值。并對鋼-混凝土組合梁橋材料耐久性要求，結(jié)構(gòu)構(gòu)造細(xì)節(jié)耐久性要求，防排、水措施等提出了設(shè)計原則和建議。
　　3）鋼-混凝土組合梁橋使用壽命期養(yǎng)護(hù)、維修措施和加固方法研究：良好的日常養(yǎng)護(hù)和有效的加固措施是在使用壽命期內(nèi)維持橋梁結(jié)構(gòu)耐久性能的重要

7、手段。本文分析了鋼-混凝土組合梁橋結(jié)構(gòu)及構(gòu)件常見的損傷退化形式，提出了相應(yīng)的基本養(yǎng)護(hù)、維修措施。并基于對鋼-混凝土組合梁橋結(jié)構(gòu)及構(gòu)件使用期內(nèi)性能退化程度的分析，提出了相應(yīng)的預(yù)防性的、提前性的維修及加固措施，保證了橋梁在設(shè)計使用期內(nèi)具有良好的工作性能。文章最后針對目前缺少鋼-混凝土組合梁橋加固設(shè)計方法，尤其是與我國現(xiàn)行橋梁設(shè)計規(guī)范相適應(yīng)的計算理論和方法，建立了粘貼碳纖維片材加固鋼-混凝土組合梁橋基于塑性理論的抗彎承載能力極限狀態(tài)的計算公式