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软土地基环境下高架桥下部结构沉降变形及开裂损伤机理分析

2020-12-02阅读(756)

软土地基环境下高架桥下部结构沉降变形及开裂损伤机理分析

论文摘要

中国道路桥梁建设经历了跨越式发展,实现了历史性的蜕变与突破。随着桥梁服役时间的推移,桥梁结构不可避免的会受到各种因素的影响而产生不同的损伤,造成桥梁结构承载能力降低及其他安全隐患。随着城市建设发展,高架桥结构大量建设并投入使用,直观上软土地基沉降是导致结构沉降变形和开裂损伤的一个重要原因,但是软土地基导致结构开裂损伤的行为机理并未深入广泛的研究。基于上述情况,本文依托某高架桥检测项目,通过实际结构的沉降变形和开裂损伤检测数据深入分析,并进行桥上汽车荷载试验和临近辅道加载试验,利用Midas FEA进行实体建模分析,对结构的沉降变形及开裂损伤行为进行探索分析。本文的主要研究内容及结论如下:(1)首先对本文涉及的软土基本性质及软土地基对结构的影响进行了综述,介绍了高架桥结构的基本特点和混凝土裂缝的开裂扩展机理;概述了混凝土开裂损伤的研究现状并基于混凝土断裂损伤力学,阐述了混凝土的损伤本构模型及混凝土断裂基本理论。(2)依托高架桥开裂损伤检测项目,对现有国内涉及沉降变形和开裂损伤检测的规范进行了对比分析总结,确定了高架桥沉降变形和裂缝检测的判断依据;基于该高架桥开裂损伤检测数据,对下部结构墩柱、盖梁、承台的开裂损伤进行统计分析判断,对桥面、承台、梁体的沉降变形数据进行统计分析,发现结构开裂损伤最严重的构件为右幅34号墩柱、承台、盖梁,且构件开裂损伤严重程度与沉降变形分布规律一致,呈现出右幅沉降大于左幅沉降,右幅左侧病害较右侧病害严重,从数据规律中推断开裂损伤的原因在于软土地基的不均匀沉降和桥上汽车荷载及临近辅道汽车荷载的长期作用影响,进而也确定了现场试验和有限元模拟研究的必要性。(3)依据对结构沉降变形和开裂损伤的分析,选取右幅34号墩柱所在位置进行桥上汽车偏载试验和临近辅道汽车荷载试验,通过对墩柱应变和裂缝随桥上汽车荷载变化的分析对比,发现右幅34号左右侧墩柱出现压应变,裂缝宽度随荷载的增加而减小,说明桥上汽车荷载对墩柱裂缝的产生基本没有影响,残余应变相对较小,说明墩柱承载能力储备充足;通过34号墩柱、承台随临近辅道汽车荷载变化的对比分析,墩柱应变、裂缝宽度随荷载的增加而增加,且左侧墩柱的变化较右侧变化大,与现场实际检测结果相吻合,说明软土地基受到临近辅道汽车荷载的长期作用,进而对结构的沉降变形和开裂损伤产生了影响。(4)根据现场的实际检测分析和加载试验结果分析,选择开裂损伤最严重的右幅34号墩柱位置下部结构,采用Midas FEA进行有限元实体建模分析,通过位移加载模拟不均匀沉降对结构的影响;通过分析承台、墩柱、盖梁的混凝土应力变化、主筋应力变化、裂缝开裂位置及发展变化,发现裂缝首先出现在承台左侧角隅位置,与现场承台开裂损伤相吻合,承台开裂宽度随沉降变化规律和现场承台沉降开裂检测数据基本吻合;墩柱开裂的位置及变化趋势与实际检测的情况同样吻合;承台、墩柱、盖梁的主筋应力未达到屈服应力,与现场试验结果相一致,说明结构承载能力储备充足;结构整体的裂缝发展首先出现在承台左侧角隅位置,并随着沉降的加重出现在墩柱右侧位置并向上扩展;整个过程说明了软土地基的不均匀沉降导致了结构的沉降变形并进而导致结构的开裂损伤,临近辅道汽车荷载加重了软土地基的不均匀沉降。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  •   1.1 研究的背景及意义
  •   1.2 与本课题相关的软土地基研究发展现状
  •     1.2.1 软土的基本性质
  •     1.2.2 软土地基的基本工程特性
  •     1.2.3 软土地基环境对桥梁结构影响概述
  •   1.3 与本课题相关的桥梁结构沉降变形和开裂损伤研究现状
  •     1.3.1 桥梁结构沉降变形及健康检测研究现状
  •     1.3.2 桥梁结构开裂分类概述
  •     1.3.3 混凝土裂缝概述
  •     1.3.4 混凝土开裂模型研究现状
  •   1.4 与本课题相关的桥梁结构沉降变形及开裂损伤研究不足简述
  •   1.5 本文的主要研究内容及技术路线
  •     1.5.1 本文的主要研究内容
  •     1.5.2 本文的研究技术路线
  • 第2章 混凝土结构开裂扩展机理及损伤断裂力学基本理论
  •   2.1 高架桥结构的构造形式及其特点
  •     2.1.1 高架桥梁部构造形式及特点
  •     2.1.2 高架桥墩柱构造形式及特点
  •   2.2 混凝土结构开裂扩展机理分析
  •     2.2.1 混凝土碳化引起的裂缝扩展
  •     2.2.2 氯化物渗入引起的裂缝扩展
  •     2.2.3 碱集料反应引起的裂缝扩展
  •     2.2.4 冻融作用引起的裂缝扩展
  •     2.2.5 钢筋锈蚀引起的裂缝扩展
  •   2.3 混凝土的损伤本构模型
  •     2.3.1 Loland损伤模型
  •     2.3.2 Mazars损伤模型
  •     2.3.3 分段线性损伤模型
  •     2.3.4 分段曲线损伤模型
  •   2.4 混凝土断裂力学基本理论
  •     2.4.1 裂缝开展的三种基本类型
  •     2.4.2 混凝土断裂性能研究
  •     2.4.3 混凝土断裂判别准则
  • 第3章 高架桥下部结构开裂损伤和沉降变形检测分析
  •   3.1 引言
  •   3.2 高架桥背景概述
  •     3.2.1 高架桥结构设计概况
  •     3.2.2 临近辅道设计概况
  •     3.2.3 桥梁及辅道处软土地质情况
  •   3.3 高架桥沉降变形检测基本方法及评判标准
  •     3.3.1 高架桥结构裂缝的检测及评判标准
  •     3.3.2 高架桥结构沉降的检测及评价标准
  •     3.3.3 构件编号方法
  •   3.4 下部结构开裂损伤检测分析
  •     3.4.1 桥墩环向开裂损伤检测分析
  •     3.4.2 承台系梁开裂损伤检测分析
  •     3.4.3 桥墩盖梁开裂损伤检测分析
  •   3.5 结构沉降变形检测分析
  •     3.5.1 桥面沉降变形检测分析
  •     3.5.2 梁体水平偏移检测分析
  •     3.5.3 承台沉降变形检测分析
  •   3.6 临近辅道软土地基沉降变形检测分析
  •   3.7 小结
  • 第4章 基于现场静载试验的下部结构开裂损伤研究分析
  •   4.1 引言
  •   4.2 桥梁试验加载方法
  •     4.2.1 试验加载位置选取
  •     4.2.2 试验加载原则
  •     4.2.3 试验数据分析方法
  •   4.3 桥梁偏载试验及分析
  •     4.3.1 试验工况布置
  •     4.3.2 理论计算
  •     4.3.3 墩柱应变加载结果与分析
  •     4.3.4 墩柱裂缝加载结果与分析
  •     4.3.5 试验结论
  •   4.4 临近辅道加载试验及分析
  •     4.4.1 试验工况布置
  •     4.4.2 墩柱应变加载结果与分析
  •     4.4.3 墩柱裂缝加载结果与分析
  •     4.4.4 承台偏移变形结果与分析
  •     4.4.5 试验结论
  •   4.5 试验结果对比分析
  •     4.5.1 应变结果对比分析
  •     4.5.2 裂缝宽度变化结果对比分析
  •   4.6 本章小结
  • 第5章 高架桥下部结构开裂损伤有限元模拟分析研究
  •   5.1 引言
  •   5.2 MIDAS FEA模拟基本理论
  •     5.2.1 混凝土本构模型
  •     5.2.2 裂缝模型
  •     5.2.3 钢筋单元
  •   5.3 基于MIDAS FEA的混凝土裂缝模拟
  •     5.3.1 空间有限元实体模型建立
  •     5.3.2 结构混凝土弥散裂缝的实现
  •     5.3.3 边界约束及不均匀沉降的模拟
  •     5.3.4 分析工况设置
  •   5.4 下部结构开裂损伤结果分析
  •     5.4.1 承台开裂损伤分析
  •     5.4.2 墩柱开裂损伤分析
  •     5.4.3 盖梁开裂损伤分析
  •   5.5 小结
  • 结论与展望
  •   结论
  •   展望
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间主要研究成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 张利洋

    导师: 董军

    关键词: 软土地基,高架桥下部结构,沉降变形,开裂损伤,荷载试验,机理分析

    来源: 北京建筑大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地质学,公路与水路运输,建筑科学与工程

    单位: 北京建筑大学

    分类号: U448.28;TU433

    DOI: 10.26943/d.cnki.gbjzc.2019.000003

    总页数: 112

    文件大小: 5872K

    下载量: 114

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