钢筋混凝土桥梁结构损伤评估研究
|
摘要
根据既有钢筋混凝土桥梁的受力特点和损伤程度，采用两种方法：即《规范》法分析理论和分级刚度退化非线性分析理论，分别建立了既有钢筋混凝土桥梁正截面强度计算和承载能力评定的计算分析模型。指出《规范》公式中的主要参数均基于线性(弹性工作阶段)分析，对结构实际工作阶段(包括弹塑性、塑性工作阶段)由于损伤累积而引起结构性能的变化涉及较少，对常见的偏压构件的刚度计算也未作专门规定，这使得以往内力计算较为粗糙。基于此，本文着重考虑了混凝土的非线性性质，研究了不同受力构件在开裂后单元刚度变化规律及分级刚度退化计算方法，讨论了不同工作阶段钢筋混凝土结构截面应力计算和非线性分析方法，并结合某实桥进行了结构损伤诊断的数值模拟和空间结构的非线性理论分析计算。结果表明，考虑结构损伤的累积效应和材料的非线性性质，结构的内力重分布较为显著，开裂单元范围加大，适用性能与耐久性能降低。这与实桥检测结果也较为吻合。因此得出结论：在评定既有钢筋混凝土桥梁结构的承载能力时，应按分级刚度退化非线性理论跟踪模拟其损伤过程。文中给出的非线性理论分析方法对被改造桥梁的静力评价和拟定加固方案提供了可靠实用的定量分析资料，可为工程应用参考。
According to the load behavior and defection degrees of existed reinforced concrete bridge, the calculating modeles for normal section strength and bearing capacity for reinforced concrete bridge are established by the elasticity analysis and nonlinear analysis of grade stiffness degeneration. In the current criteria, the principal parameters are given from linear elasticity analysis. The effects of cumulation in elasto-plastic working stage is hardly analysis. The stiffness calculation of current eccentric compression member is not specialy stipulated, with the result that the calculation of internal forces are crude. Based on the nonlinear behavior of concrete, the change feature of the element stiffness matrix and the method of grade stiffness degeneration for crack columns under various load are presented, and the methods of calculation and nonlinear analysis on the section stress of reinforced concretes under different load stage are discussed. The numeral simulation of structure defection diagnosis and
nonlinear analysis of space structure to one reinforced concretes bridge is achieved. The results obtained show the effects of defection cumulation material nonlinear and internal force distribution are remarkable with increase of crack element. The theoretical analysis squares with the test results of bridge. The nonlinear method of grade stiffness degeneration is very effective to simulate defection situation and evaluate bridge load capacity, the method of nonlinear analysis from this paper provides reliable quantitative analysis way to static evaluation and reform existed bridge, and has potentially applied valuation to practical engineering.
According to the load behavior and defection degrees of existed reinforced concrete bridge, the calculating modeles for normal section strength and bearing capacity for reinforced concrete bridge are established by the elasticity analysis and nonlinear analysis of grade stiffness degeneration. In the current criteria, the principal parameters are given from linear elasticity analysis. The effects of cumulation in elasto-plastic working stage is hardly analysis. The stiffness calculation of current eccentric compression member is not specialy stipulated, with the result that the calculation of internal forces are crude. Based on the nonlinear behavior of concrete, the change feature of the element stiffness matrix and the method of grade stiffness degeneration for crack columns under various load are presented, and the methods of calculation and nonlinear analysis on the section stress of reinforced concretes under different load stage are discussed. The numeral simulation of structure defection diagnosis and
nonlinear analysis of space structure to one reinforced concretes bridge is achieved. The results obtained show the effects of defection cumulation material nonlinear and internal force distribution are remarkable with increase of crack element. The theoretical analysis squares with the test results of bridge. The nonlinear method of grade stiffness degeneration is very effective to simulate defection situation and evaluate bridge load capacity, the method of nonlinear analysis from this paper provides reliable quantitative analysis way to static evaluation and reform existed bridge, and has potentially applied valuation to practical engineering.
引文
1．《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTJ023-85)(简称《规范》)，中华人民共和国交通部部标准，1985，08，01．
2．《公路旧桥承裁能力鉴定方法》(试行)，中华人民共和国交通部部标准，1988．
3．《公路养护技术规范》(JTJ073-96)中华人民共和国交通部部标准，1997．
4．顾安邦，孙国柱，《公路桥涵设计手册——拱桥(下册)》，北京：人民交通出版社，1997，
5．丁大钧，《钢筋混凝土构件抗裂度、裂缝和刚度》，南京工学院出版社，1986．
6．赵国藩等，《钢筋混凝土结构裂缝的控制》，海洋出版社，1991．
7．沈祖炎等，《结构损伤累积分析的研究现状和存在的问题》，同济大学学报，1997．
8．董哲仁，《钢筋混凝土非线性有限元法原理与应用》，中国铁道出版社，1993．
9．刘海青，《钢筋混凝土叠合弯压构件正截面强度计算和裂缝宽度验算》，华东公路，2002．
10．吉桂梅，宋一凡，《矩形截面大偏心受压加固构件极限强度计算》，西安公路交通大学学报，1996，2．
11．许克宾，《混凝土桥梁的裂缝及其对结构性能的影响》，北方交通大学学报，1989，1．
12．史敏，史家钧，《公路中小桥梁承载能力评定方法研究》，上海公路，2001，1．
13．史家钧等．《确保大型桥梁安全性与耐久性的综合监测系统》，同济大学学报，1997．
14．谌润水等，《公路旧桥加固技术与实例》，人民交通出版社，2002．
15．杨文渊，徐犇，《桥梁维修与加固》，人民交通出版社，1994．
16．郭永琛，叶见曙，《桥梁技术改造》，人民交通出版社，1991．
17．宋一凡，《公路桥梁荷载试验与结构评定》，人民交通出版社，2002，3．
18．项海帆等，《高等桥梁结构理论》，人民交通出版社，2001．
19．尹娟等，《基于柔度改变的连续梁桥损伤诊断研究》华东公路，2001，3．
20．邵容光，《结构设计原理》，人民交通出版社，1995，7．
21．王传志，腾智明，《钢筋混凝土结构理论》，中国建筑工业出版社，1985．
22．华孝良，徐光辉，《桥梁结构非线性分析》，人民交通出版社，1997．
23．朱伯龙，《钢筋混凝土非线性分析》，同济大学出版社，1985．
24．何为，《旧桥承载力的非线性分析》，长安大学，1999．
25．张汝清．詹先义，《非线性有限元分析》，重庆大学出版社，1990．
26．梁琨，熊义初，《钢筋混凝土结构的计算机方法》，重庆大学出版社，1992．
27.《{Bridge Deterioration Rates and Durability》 ,longevity practice periodical on structural design and construction, Vol. 2 No. 3 1997 ASCE.
28. 《Concrete International 1998(10)9 ,P60～80.
29. 《Identification of Model Properties of Bridge》 ,Vol. 116, No. 7,1990, ASCE.
2．《公路旧桥承裁能力鉴定方法》(试行)，中华人民共和国交通部部标准，1988．
3．《公路养护技术规范》(JTJ073-96)中华人民共和国交通部部标准，1997．
4．顾安邦，孙国柱，《公路桥涵设计手册——拱桥(下册)》，北京：人民交通出版社，1997，
5．丁大钧，《钢筋混凝土构件抗裂度、裂缝和刚度》，南京工学院出版社，1986．
6．赵国藩等，《钢筋混凝土结构裂缝的控制》，海洋出版社，1991．
7．沈祖炎等，《结构损伤累积分析的研究现状和存在的问题》，同济大学学报，1997．
8．董哲仁，《钢筋混凝土非线性有限元法原理与应用》，中国铁道出版社，1993．
9．刘海青，《钢筋混凝土叠合弯压构件正截面强度计算和裂缝宽度验算》，华东公路，2002．
10．吉桂梅，宋一凡，《矩形截面大偏心受压加固构件极限强度计算》，西安公路交通大学学报，1996，2．
11．许克宾，《混凝土桥梁的裂缝及其对结构性能的影响》，北方交通大学学报，1989，1．
12．史敏，史家钧，《公路中小桥梁承载能力评定方法研究》，上海公路，2001，1．
13．史家钧等．《确保大型桥梁安全性与耐久性的综合监测系统》，同济大学学报，1997．
14．谌润水等，《公路旧桥加固技术与实例》，人民交通出版社，2002．
15．杨文渊，徐犇，《桥梁维修与加固》，人民交通出版社，1994．
16．郭永琛，叶见曙，《桥梁技术改造》，人民交通出版社，1991．
17．宋一凡，《公路桥梁荷载试验与结构评定》，人民交通出版社，2002，3．
18．项海帆等，《高等桥梁结构理论》，人民交通出版社，2001．
19．尹娟等，《基于柔度改变的连续梁桥损伤诊断研究》华东公路，2001，3．
20．邵容光，《结构设计原理》，人民交通出版社，1995，7．
21．王传志，腾智明，《钢筋混凝土结构理论》，中国建筑工业出版社，1985．
22．华孝良，徐光辉，《桥梁结构非线性分析》，人民交通出版社，1997．
23．朱伯龙，《钢筋混凝土非线性分析》，同济大学出版社，1985．
24．何为，《旧桥承载力的非线性分析》，长安大学，1999．
25．张汝清．詹先义，《非线性有限元分析》，重庆大学出版社，1990．
26．梁琨，熊义初，《钢筋混凝土结构的计算机方法》，重庆大学出版社，1992．
27.《{Bridge Deterioration Rates and Durability》 ,longevity practice periodical on structural design and construction, Vol. 2 No. 3 1997 ASCE.
28. 《Concrete International 1998(10)9 ,P60～80.
29. 《Identification of Model Properties of Bridge》 ,Vol. 116, No. 7,1990, ASCE.