锚贴型钢-混凝土组合加固装配式空心板桥试验与计算方法研究

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装配式小铰缝空心板桥由于横向连接薄弱,极易出现铰缝损伤、铺装开裂或单板受力等问题,常用的加固方法实际应用效果不佳。本文基于钢混组合结构的概念,提出了跨铰缝锚贴型钢-混凝土组合加固技术(A-SCR),并开展了相应的试验与理论研究,包括A-SCR加固RC梁承载力试验、空心板横向连接性能试验以及整桥足尺试验研究;基于试验结果,开展了横向分布系数计算方法与加固后承载力计算方法的理论研究;通过有限元数值计算,分析了加固参数对加固效果的影响;通过实桥应用研究形成A-SCR加固技术设计、施工方法与检测评估成套技术。取得了以下主要成果:1)针对A-SCR加固RC梁后承载力计算方法问题,开展了加固试验和理论研究。通过分析加载历史、锚栓间距、钢板面积以及加固范围对加固后承载力的影响,验证了加固后截面应变依然符合平截面假定。基于弹塑性理论,提出了A-SCR加固RC梁抗弯承载力计算方法并进行了试验验证,结果表明本文所提方法可用于A-SCR加固RC梁抗弯承载力计算。2)针对A-SCR加固后空心板横向受力性能问题,分别制作了采用不同高度型钢混凝土加固的横向节段试件。通过单点和两点加载试验,对比分析了加固型钢混凝土高度对加固后空心板的横向荷载分布、抗弯刚度、竖向抗剪和剪切刚度等的影响。研究表明,A-SCR加固增强了铰缝刚度,可大幅提高板间抗剪能力并能够承受横向弯矩,但型钢混凝土高度对空心板抗弯能力和刚度影响较小。3)为了研究加固后荷载横向分布规律和受力性能等问题,开展了足尺试验研究。试验结果表明,采用A-SCR加固铰缝破坏的空心板,在不修复铰缝的情况下能有效的恢复板间传力,并大幅提升梁板的整体刚度。4)针对A-SCR加固后桥梁荷载横向分布系数计算方法问题,基于考虑板间的竖向剪切刚度和弯曲刚度,提出了修正的刚接板横向分布系数计算方法。利用试验测得的接缝转动刚度系数和剪切刚度系数,采用本文所提的修正刚接板法计算了足尺试验桥的横向分布系数。对比足尺试验实测值、铰接法、刚接法以及本文所提修正刚接板法的横向分布系数计算结果,发现本文所提修正刚接板法更符合足尺试验实测值,表明本文所提修正刚接板法可以作为A-SCR加固装配式空心板荷载横向分布系数的计算方法。5)基于有限元分析方法,开展了采用A-SCR方法的不同加固长度、加固高度对加固效果的影响分析,结果表明,增大加固长度可以提升桥梁整体刚度,但对空心板跨中的应力和各板的横向分布结果影响较小。A-SCR加固可以大幅降低桥面现浇层的主拉应力和铰缝主拉应力,有效改善桥面铺装和铰缝的工作性能,揭示了A-SCR方法对装配式空心板桥预防性加固的机理;通过改变加固构造高度参数分析,发现加固构造高度在10cm~15cm范围变化对梁板刚度、荷载横向分布系数以及纵向应力影响较小,当加固构造高度过小会出现加固构造破坏,加固高度过大容易造成应力集中破坏。6)针对A-SCR加固空心板桥的工程应用问题,开展了实桥加固工程应用研究,形成了相对简便易行的加固设计、施工方法。通过实桥加固前、后的荷载试验对比,发现加固后横向传递得到恢复,桥梁的整体刚度得到大幅提升,表明本文提出的加固方法效果显著。
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