预应力与钢筋混凝土桥梁疲劳寿命分析方法分析

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1、天津大学研究生毕业论文预应力及钢筋混凝土桥梁疲劳寿命分析方法研究Studyonfatiguelifeanalysismethodofprestressedandreinforcedconcretebridge【申请硕士学位论文】国家自然科学基金面上项目（编号：51178305）资助学科专业：桥梁与隧道工程研究生：白伦华指导教师：朱劲松教授天津大学建筑工程学院二零一四年十一月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表

2、或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师

3、签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要预应力混凝土箱梁桥由于跨越能力强、刚度大、抗扭性能好、便于施工等优点而在桥梁工程界被广泛使用。但在使用过程中，也逐渐暴露出许多耐久性问题，如箱梁桥腹板开裂严重，主体结构长期持续下挠。进一步，腹板混凝土开裂后，为了能够更加全面地反映桥梁的使用性能，腹板的疲劳寿命的评估值得引起重视。这些问题不仅关系到桥梁的正常使用，严重时可能对运营过程中的安全性构成威胁。因此，进行预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳开裂及疲劳寿命评估的研究十分迫切。另外，已建的用于小跨径的钢筋混凝土桥梁的疲劳问题也日益

4、受到关注，如何快速准确地评价其疲劳寿命成为近些年桥梁界研究的热门课题。论文对预应力混凝土箱梁桥腹板及多跨钢筋混凝土梁桥的疲劳问题开展了系统地研究，分别提出了预应力混凝土箱梁桥腹板及多跨钢筋混凝土桥梁疲劳寿命评估方法，以便应用于工程实际。具体研究内容与成果如下：（1）通过总结预应力混凝土箱梁桥发展、箱梁桥结构分析理论、腹板斜裂缝成因、腹板疲劳问题研究现状，指出了现有研究中的不足。（2）查阅大量文献，通过介绍混凝土及钢筋的S-N曲线、仅考虑竖向剪力作用的腹板疲劳特性及横向效应下箱梁腹板的疲劳特性说明预应力混凝土箱梁桥的

5、疲劳特性。给出了箱梁腹板疲劳寿命的具体含义。（3）结合箱梁的受力特点，基于梁杆有限元模型、变角度桁架模型及平面框架模型，提出了一种箱梁桥结构简化分析方法。为了准确反映腹板混凝土开裂后箍筋应力的情况，提出了考虑裂缝影响系数的箍筋应力计算公式，同时提出了考虑轴重、裂缝深度、梁高的裂缝影响系数的参数分析方法。基于线性疲劳损伤累积理论及箱梁桥结构简化分析方法，提出了预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法。通过实例研究，探讨了裂缝深度、箱梁横向效应、车辆与预应力耦合作用等对疲劳寿命计算结果的影响。（4）简单地介绍线弹性断裂力

6、学的基本概念。由于现有疲劳寿命评估方法不能充分考虑裂纹萌生阶段及裂纹扩展阶段的寿命，提出了损伤—断裂理论的钢筋混凝土桥梁疲劳寿命评估方法。通过对某旧桥疲劳寿命评估的研究，分析对比了损伤力学，断裂力学及损伤—断裂理论三种方法计算结果的差异，说明了损伤—断裂理论方法的合理性。关键词：预应力混凝土箱梁桥腹板；疲劳开裂；疲劳寿命；梁杆有限元模型；变角度桁架模型；平面框架模型；裂缝影响系数；损伤—断裂理论ABSTRACTPrestressedconcreteboxgirderbridgeiswidelyusedinbridg

7、eengineeringduetoitsadvantageoflongspan,highstiffness,goodtorsionalperformance,easytoconstructandsoon.Butduringtheperiodofitsserivce,manydurabilityproblemsgraduallyexposes,suchascrackinginwebs,long-termcontinuousdeflectionofmainstructure.Further,aftertheconcre

8、tewebcracking,inordertofullyreflectuseperformanceofthebridge,theassessmentofthefatiguelifeofthewebsisworthtakingseriously.Theseproblemsarenotonlyrelatedtothenormaluseofthebridge,bu