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| 公路桥梁模数式伸缩缝受力性能研究 摘 要 随着我国高速公路交通量和重载车辆的增多，高速公路桥梁伸缩装置在车辆荷载的反复作用下破损失效而引起的行车不舒适、桥梁结构损伤等问题也就相继暴露了出来。桥梁伸缩装置的破坏形式很多，其中包括锚固区混凝土的开裂、松散以及破碎；承重钢板的扭曲变形、脱落；锚固螺栓的剪断飞出；预埋锚固钢筋的开焊等破坏形式。根据调查表明，伸缩缝锚固混凝土开裂、破损最普遍，伸缩缝钢梁断裂现象出现频率较少。 本文在总结模数式伸缩缝的主要病害为锚固系统和支撑体系的基础上，重点研究了锚固区混凝土在不同工况下的受力特性。本文以江西某高速公路桥梁模数式伸缩缝锚固区混凝土表面在支座更换过程中开裂为例，运用有限元软件ANSYS对模数式伸缩缝结构进行静力和动力学仿真分析。首先本文重点介绍了模数式伸缩缝的构造和传力机制，总结了模数式伸缩缝的病害。其次确定了研究对象的主要参数，比如边梁、中梁、支撑横梁、位移箱的尺寸及数量。然后采用ANSYS有限元软件对伸缩装置的中梁和伸缩缝载荷分析，确定了伸缩缝有限元模型横桥向宽度采用连续四跨连续梁更接近伸缩缝在车轮荷载作用下的实际情况。最后，进行动力学分析，通过改变结构参数和工况，来得出不同参数和工况下的动力响应。结果表明，通过改变车辆轴重、车速，得出车辆超重超速对伸缩缝锚固区混凝土影响很小；在支座更换梁体顶升工况下，得出了在支座更换时梁体的顶升高度和混凝土本身的质量是锚固区混凝土破损的主要原因，在梁体顶升过程中需要密切观测梁体顶升的高度和锚固区混凝土的应力，适当情况下需要对车辆进行限重限速。 关键词：桥梁；伸缩缝锚固区混凝土；梁体顶升；动力学分析 目 录 第一章 绪 论 1 1.1 引言 1 1.2 桥梁伸缩装置的简介 1 1.2.1 桥梁伸缩装置的功能要求 2 1.2.2 桥梁伸缩装置的发展 2 1.2.3 现代桥梁伸缩装置分类 3 1.2.4模数式伸缩装置的主要优点 10 1.3 模数式伸缩缝国内外研究现状 10 1.3.1 国内研究现状 10 1.3.2 国外研究现状 12 1.4 本文主要研究内容 13 第二章 桥梁伸缩缝的破坏机理 14 2.1 桥梁伸缩缝的破坏类型 14 2.2 桥梁伸缩缝破坏原因的分析 15 2.2.1 设计方面原因 15 2.2.2 施工方面的原因 15 2.2.3 管理与维护方面的原因 17 2.3 桥梁伸缩缝标准化评价过程、综合评价公式及评价标准 17 2.3.1 桥梁伸缩缝标准化评价过程 17 2.3.2 桥梁伸缩缝技术状况评定 18 2.3.3 桥梁伸缩缝装置部分和混凝土部分的评分 19 2.3.4 桥梁伸缩缝的评定标准 20 2.4 桥梁伸缩缝锚固区混凝土破坏机理分析 22 2.4.1 桥梁伸缩缝锚固区混凝土的作用和功能 22 2.4.2 桥梁伸缩缝装置锚固区混凝土破坏形式 23 2.4.3 混凝土破坏的主要原因 24 2.5 本章小结 26 第三章 有限元建模方法及分析 27 3.1 模数式伸缩缝的受力与传递 28 3.2 伸缩缝应力时程曲线的模拟 28 3.2.1 直接加载法 29 3.2.2 影响线加载法 29 3.3 ANSYS动力分析简介 29 3.4 伸缩缝结构仿真方法 32 3.5 中梁有限元分析 33 3.6 模数式伸缩缝有限元模型 39 3.6.1 伸缩缝理论模型 39 3.6.2 伸缩缝有限元模型的建立 40 3.7 伸缩缝模型静力分析 43 3.8 本章小结 45 第四章 模数式伸缩缝模型分析 46 4.1 静力工况分析 46 4.2 动力工况分析 49 4.2.1 轴重工况 50 4.2.2 车速工况 52 4.3 顶升工况分析 54 4.3.1 不同顶升高度工况 55 4.3.2 模型结果对比 58 4.3.3 轴重工况 59 4.3.4 车速工况 61 4.3.5 混凝土强度工况 63 4.3.6 混凝土强度为C30的顶升高度工况 65 4.4 本章小结 67 第五章 锚固区混凝土材料的选用和修复 69 5.1 桥梁锚固区混凝土质量标准 69 5.2 桥梁伸缩缝锚固区混凝土的常用类型 69 5.3 桥梁伸缩缝锚固区混凝土应用现状 70 5.4 桥梁伸缩缝锚固区混凝土常用修复材料 71 5.4.1 环氧树脂混凝土修复 71 5.4.2 硫铝酸盐水泥混凝土修复 71 5.4.3 磷酸盐水泥混凝土修复 72 5.5 本章小结 72 结论与展望 72 一、 结论 73 二、 展望 75 致谢 75 参考文献 76 攻读学位期间的研究成果 79 |
