1.选题的理论、实际意义
随着国民经济的迅速发展,人们对安全、快速、舒适、和美观的公路交通提出了越来越高的要求,但是我国在20世纪60~70年代修建的桥梁,设计荷载标准较低,而且大部分仍处在营运使用之中,已成为交通运输中的隐患。因此,加固维修旧桥已成为一个十分突出的亟待解决的研究的课题。鉴于当前较为严峻的经济形势,我国正极大地加重对公路建设的投资,以拉动内需,因此交通基础设施建设发展迅猛,但是对旧桥的加固改造事业也势在必行。在此行业大背景以及导师的指导下,我选择桥梁结构评估检测与加固设计作为自己的毕业设计题目。
针对目前我国交通基础设施建设事业蒸蒸日上的现状,对旧桥的加固改造这一新课题进行研究也是十分必要合理的。实践证明,旧桥的加固改造是一项技术上可行,经济上合理的举措。采用适当的加固技术和拓宽措施,对恢复和提高旧桥的承载能力及通行能力,延长桥梁的使用寿命,以满足现代化交通运输的需要,是完全可行的。这样一方面可以节省大量的投资,缓和桥梁投资的集中性,从而收到良好的社会经济效应。另一方面,通过加固改造后,旧桥亦可恢复正常的营运状态,继续服务于交通运输。对桥梁的加固和改造是具有良好的社会经济效应,因此世界各国各国都把旧桥视作宝贵的财富,力求充分利用,或进行适当的加固和维修。国际社会的对桥梁加固改造研究十分重视,并且取得了显著的成就。现在世界范围内已出现了一个研究、养护、维修、加固桥梁的热潮。
2.研究动态、见解
美国"日本等地震区国家在上世纪七八十年代就开展了桥梁抗震加固方面的研究,并进行了大量桥梁构件抗震加固试验和数值分析研究,特别是在防落梁装置和桥墩加固技术方面的研究,已取得很好的成果,并编制了相应的桥梁抗震加固手册或指南,用于指导既有桥梁的抗震加固。在抗震评估的优先研究阶段,美国和日本等国主要从以下几个主要方面着手:桥梁结构的重要性;结构本身的特点及结构的易损性;基础及场地的特征,主要包括砂土液化的可能性、场地土的类型等;桥梁所在地区的设防烈度及近断裂基岩对桥址的影响。
近年来,随着地震对桥梁造成灾害损失的增多,我国学者也开始对桥梁的抗震加固技术和理论进行研究,杨新宝对桥墩的抗震加固技术进行了试验研究,同时对桥梁抗震性能评价方法进行讨论; 国内其他一些学者也对国内外桥梁抗震加固技术进行了介绍和讨论。
然而,必须承认的是,我国目前在桥梁抗震评估方面的研究工作处在起步阶段, 在桥梁抗震加固技术的研究和实践上,我国与国际水平相比仍有相当的距离。公路桥梁的抗震评估和加固至今仍没有相应的标准,对哪些桥梁可能会在地震中损坏甚至倒塌尚不清楚。在确定需要加固的桥梁后,须对其现有的抗震性能进行详细的评估,这是选择加固方法和措施的基础,而我国面临的最大问题恰恰是如何进行既有桥梁抗震能力的评价,特别是对有缺陷构件的抗震能力如何进行评价,需要相关的指南以及分析方法等,按照这些指南或规范提供的方法对其进行分析,进而按照所得的详细地震分析结果来判定失效或损伤的危险程度,以及是否需要进行加固设计。
针对桥梁在地震中的震害类型,目前,国内外桥梁抗震加固主要采取以下技术措施: 在伸缩缝、铰和梁端等上部接缝处采用拉杆、挡块或者增加支承面宽度等措施,以防止落梁震害的发生; 增加钢筋混凝土桥墩的横向约束,提高其抗弯延性和抗剪强度,防止桥墩弯曲和剪切震害; 采用减隔震技术及专门的耗能装置,提高桥梁的抗震性能。例如采用铅芯橡胶耗能支座等。
以美国为例,桥梁抗震加固分三个阶段:第一个阶段包括在伸缩缝和铰处安装阻尼装置,以防止落梁震害。这一阶段的主要目的是加强上部结构和下部结构的联系,以抵抗竖向加速度,以防止上部结构构件从支承上滑落。第二阶段是加固独柱式桥墩,第三阶段是加固多柱式桥墩。这两个阶段几乎是同时进行的,主要方法是提高墩柱的抗弯延性和抗剪强度、提高盖梁、上部结构基础与桥台的承载能力,提高结点的抗剪强度。
从桥梁震害调查中发现,遭受严重破坏和倒塌的桥梁结构,绝大部分是源于落梁和抗弯延性不足。因此,强调桥梁结构整体的延性能力,或是在原有规范的基础上,相应地对保证桥梁结构整体的延性能力,并通过设计和构造保证桥梁结构的整体延性能力,这已成为世界主要的多震国家地震工程界的共识。从加固的对象上来看,美国、日本等桥梁抗震加固水平最高的国家,已经把加固的重点从以前单一的防落梁构造措施,转移到重视桥墩整体延性上来,以保证加固后的桥梁与新建桥梁的抗震能力相当。
另外,过去单纯“强度抗震”设计的指导思想在今天也被提出改进。国内外地震工程研究人员总结了近年来国内外的震害资料,研究考虑基于性能的抗震设计原则。这将会成为未来结构抗震设计规范的基本思想。抗震设计的性能指标,可以是单一指标,也可以是多指标或组合指标。
在研究手段方面,整个抗震工程学都出现了越来越重视和依靠地震模拟试验的发展趋势。应该注意到现在的试验已经不再是传统意义上的简单试验,而是和现代科技融为一体的高科技试验,譬如大比例尺甚至足尺结构和构件的地震模拟试验等。
3.研究思路、方法、技术路线
3.1研究思路
通过对某某大桥的检查和检测,对该桥的现状给予评价,为改造及加固设计提供依据,确保该桥能够在改造及加固后达到设计荷载要求,提高结构的使用寿命,在设计荷载下安全运营。
3.2研究方法
老混凝土强度等级确定可以采用钻心取样法、超声回弹综合法以及回弹法确定。
钻心取样法:从混凝土结构物中钻取混凝土芯样,根据芯样的抗压强度来测定结构混凝土的强度。但是由于结构和构件部位的条件、所处的位置及受力状态的影响,钻取芯样的数量通常比较少,在一定程度上可作为抽检混凝土抗压强度、均匀性和内部缺陷的指标。
超声回弹综合法:利用超声波,在两个相对面中的一面发射超声波,根据另一面的接受时间计算超声波的速度,来判定和检测混凝土内部结构特性及其强度等级。
回弹法:回弹法是采用回弹仪的弹簧驱动重锤,通过弹击杆弹击混凝土表面,并以重锤被反弹回来的距离作为强度相关指标来推算混凝土的强度的一种方法。
本次检测采用回弹法。
3.3技术路线
(1)对老桥的现状、病害程度进行现场检查和检测,给出评价;
(2)确定老桥的荷载等级;
(3)根据检测结果,包括图片、数据等,指明桥梁存在的问题,为改造及加固设计提供依据,确定维修、加固方案。
4.总体安排、进度计划
(1)查阅资料 2018年11月26日到2018年12月3日
(2)根据要求完成毕业设计开题报告 2018年12月3日到2018年12月10日
(3)根据设计资料准备毕业设计 2018年1月5日到2019年3月20日
(4)对桥梁进行的部分荷载验算 2019月3月21日到2019年4月28日
(5)完成毕业设计初稿、修改完成初稿 2019年4月29日到2019年5月12日
(6)整理资料、准备答辩 2019年5月21日到2019年5月19日
(7)答辩 2019年5月20日
5.主要参考文献
(1)《公路工程技术标准》 JTG B01-2014
(2)《公路桥涵设计通用规范》 JTG D60-2015
(3)《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》 JTG D62-2004
(4)《公路桥涵地基与基础设计规范》 JTJ D63-2007
(5)《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》 JTJ025-86
(6)《公路桥梁加固设计规范》JTG/TJ22-2008
(7)《公路桥梁加固施工技术规范》JTG/TJ23-2008
(8)《钢结构设计规范》GB50017-2014
(9)《钢结构工程施工规范》GB50755-2012
(10)《公路钢结构桥梁设计规范》JTG D64-2015
(11)《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2013
(12)《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2013
(13)《公路桥涵养护规范》JTG H11-2004
(14)《公路桥梁钢结构防腐涂装技术条件》 JT/T722-2008
(15)《公路工程施工安全技术规程》 JTG F90-2015;
(16)《公路养护安全作业规程》 JTG H30-2015;
(17)《公路桥梁板式橡胶支座技术标准》(JT/T-2004)
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