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随着我国公路交通事业的快速发展,大跨径公路桥梁迎来建设的热潮。悬索桥由于自重较小、跨越能力出众且造型美观,因此在大跨径桥型中被广泛采用。在悬索桥中,采用耐候钢-砼组合加劲梁可以更好地利用耐候钢和混凝土的材料特性,提升耐久性的同时减少工程造价。加劲梁和主缆作为悬索桥的主要受力构件,在服役过程中时刻承受着环境侵蚀的作用,承载能力因此而下降,威胁桥梁的运营安全。因此,评估桥梁在运营期内的承载能力下降情况尤为重要。鉴于此,本文以某耐候钢-砼组合加劲梁悬索桥为例,研究了环境与车辆共同作用下其承载能力的变化规律。主要工作内容有:
(1)基于Fick第二定律,推导了考虑干湿循环、环境温度、车辆荷载和混凝土损伤等多因素综合作用下氯离子在非饱和混凝土中传输的计算方法。编写考虑环境温度、降水、混凝土损伤、车辆荷载等多因素综合影响下的非饱和混凝土中氯离子传输子程序,利用通用有限元软件ABAQUS进行长期氯离子传输分析。
(2)基于文献报道的耐候钢室外挂片试验数据确定了适合于不同腐蚀等级大气环境下的耐候钢腐蚀动力学曲线参数,采用双参数Weibull分布描述蚀坑深度的分布,并根据课题组前期对蚀坑深度的模拟结果,提出不同腐蚀等级的大气环境下不同腐蚀时间的蚀坑深度分布简化算法。采用极值分布对耐候钢表面最大蚀坑深度进行描述,以某大跨度悬索桥钢加劲梁为例进行钢梁截面腐蚀退化计算,得到了组成该实例钢加劲梁的各钢板的平均腐蚀深度、最大蚀坑深度和截面损失。
(3)总结了当前针对悬索桥主缆的检测方法和主缆强度的计算流程。采用塑性模型计算主缆的剩余强度。确定影响主缆钢丝锈蚀的主要因素为主缆内部温度、相对湿度、pH值和氯离子浓度,并推导出计算主缆内部温度、相对湿度、pH值和氯离子浓度的方法。根据实例悬索桥当地的气候环境,计算出主缆内部腐蚀影响因素的分布,进而计算出主缆钢丝的腐蚀程度和主缆的剩余强度时变规律。
(4)综合考虑悬索桥钢筋混凝土桥面板、耐候钢梁和主缆的腐蚀退化时变规律,计算悬索桥整体的力学性能的时变规律。对比不同服役时间下,悬索桥在空载、最不利活载和车辆荷载作用下,其跨中位移、主塔顺桥向位移以及主塔塔根应力的变化情况。
(1)基于Fick第二定律,推导了考虑干湿循环、环境温度、车辆荷载和混凝土损伤等多因素综合作用下氯离子在非饱和混凝土中传输的计算方法。编写考虑环境温度、降水、混凝土损伤、车辆荷载等多因素综合影响下的非饱和混凝土中氯离子传输子程序,利用通用有限元软件ABAQUS进行长期氯离子传输分析。
(2)基于文献报道的耐候钢室外挂片试验数据确定了适合于不同腐蚀等级大气环境下的耐候钢腐蚀动力学曲线参数,采用双参数Weibull分布描述蚀坑深度的分布,并根据课题组前期对蚀坑深度的模拟结果,提出不同腐蚀等级的大气环境下不同腐蚀时间的蚀坑深度分布简化算法。采用极值分布对耐候钢表面最大蚀坑深度进行描述,以某大跨度悬索桥钢加劲梁为例进行钢梁截面腐蚀退化计算,得到了组成该实例钢加劲梁的各钢板的平均腐蚀深度、最大蚀坑深度和截面损失。
(3)总结了当前针对悬索桥主缆的检测方法和主缆强度的计算流程。采用塑性模型计算主缆的剩余强度。确定影响主缆钢丝锈蚀的主要因素为主缆内部温度、相对湿度、pH值和氯离子浓度,并推导出计算主缆内部温度、相对湿度、pH值和氯离子浓度的方法。根据实例悬索桥当地的气候环境,计算出主缆内部腐蚀影响因素的分布,进而计算出主缆钢丝的腐蚀程度和主缆的剩余强度时变规律。
(4)综合考虑悬索桥钢筋混凝土桥面板、耐候钢梁和主缆的腐蚀退化时变规律,计算悬索桥整体的力学性能的时变规律。对比不同服役时间下,悬索桥在空载、最不利活载和车辆荷载作用下,其跨中位移、主塔顺桥向位移以及主塔塔根应力的变化情况。