大型混凝土箱梁裂缝研究
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摘要
随着桥用材料性能与施工工艺水平的不断进步，我国桥梁常用跨径逐渐增大，同时箱形截面梁由于结构特性优良而成为许多桥梁的首选。但是，在箱梁大量的使用以后，普遍存在的裂缝问题成为了阻碍箱梁发展的突出问题，也成为学术界、工程界关注的一个焦点。本文在收集汇总多座箱梁桥资料、总结前人研究成果的基础上，从桥梁结构整个生命周期的角度出发，应用考虑“时间依存性”的分析方法，对钢筋混凝土箱梁未明原因的开裂进行了理论与计算机模拟研究。提出钢筋混凝土箱梁在建造期造成开裂风险的主要原因及防治建议，并且结合桥梁检测的实际需要，提出了桥梁健康检测的基本内容及其实现系统的设计。
论文的具体内容如下：
1、对调研的23座钢筋混凝土箱梁桥的裂缝存在情况和已有的研究、加固情况汇总整理。对前人已经研究成熟的问题进行了系统分类和总结，并且找到了具有一定普遍意义的开裂趋势：建设期的开裂风险远大于使用期和老化期。
2、针对桥梁建设期，提出采用基于“时间依存性”的施工过程模拟分析。其中既考虑广义的时间依存性，也考虑了狭义的时间依存性。通过运用Midas／civil对一座连续刚构桥进行了分析，找出了从设计角度无法解释的开裂原因。
3、针对一座桥梁的检测任务，分析了其裂缝基本情况，提出了桥梁健康检测的设想。并且，针对该桥的特点设计了桥梁健康检测的初步方案、提出了实施的技术手段。
4、基于桥梁检测、评估的实际需要，提出了桥梁健康检测的基本内容以及桥梁健康检测智能评估系统的总体设计，对系统的市场前景与技术可行性进行了分析，并对其软件实现进行了初步研究。
With the development of the material behavior and bridge construction technology, the bridge span become more and more long, and the box girder beam becomes the first-choice of many bridges because of its excellent performance.
With the many use of box girder, however, many kinds of cracks have become the serious problems and also focus in the academic and engineering field. Based on the results of many materials collecting from lots of existing bridges and summarizing of the achievements given before, a theory analysis and computer simulation to the unknown cracks of the reinforced concrete box girder has given in this thesis. Based on the analytical method of "time depending on" and "the whole bridge life", the theory analysis and computer simulation methods are given in this papere. The main works in this paper are as follows:
1. The cracks existed in 23 bridges and the research works by other people have been analyzed. Based on above works, the cracking trend with general significance, that is to say, the cracking risk in construction period is far greater than service period has been found.
2. A simulation analysis method to the bridge construction steps has been given, based on the "time depending on" theory. Both the broad sense "time depending on" and the narrow sense "time depending on" are discussed. By analyzing a continuous rigid frame bridge with Midas/civil, the reason of cracking in concrete, which can not be explained from the designing methods, has been found.
3. To a deterioried bridge to be detected, the existed cracks have been analyzed and a basic bridge health detecting method has been put forward.
4. Based on the needs of detecting and evaluating of the bridge, the primary content and the overall design of the smart evaluating system about bridge health detecting have been put forward. The market prospects and technical feasibility have been analyzed, and the research on the relevant computer simulation system has also been done primarily.
论文的具体内容如下：
1、对调研的23座钢筋混凝土箱梁桥的裂缝存在情况和已有的研究、加固情况汇总整理。对前人已经研究成熟的问题进行了系统分类和总结，并且找到了具有一定普遍意义的开裂趋势：建设期的开裂风险远大于使用期和老化期。
2、针对桥梁建设期，提出采用基于“时间依存性”的施工过程模拟分析。其中既考虑广义的时间依存性，也考虑了狭义的时间依存性。通过运用Midas／civil对一座连续刚构桥进行了分析，找出了从设计角度无法解释的开裂原因。
3、针对一座桥梁的检测任务，分析了其裂缝基本情况，提出了桥梁健康检测的设想。并且，针对该桥的特点设计了桥梁健康检测的初步方案、提出了实施的技术手段。
4、基于桥梁检测、评估的实际需要，提出了桥梁健康检测的基本内容以及桥梁健康检测智能评估系统的总体设计，对系统的市场前景与技术可行性进行了分析，并对其软件实现进行了初步研究。
With the development of the material behavior and bridge construction technology, the bridge span become more and more long, and the box girder beam becomes the first-choice of many bridges because of its excellent performance.
With the many use of box girder, however, many kinds of cracks have become the serious problems and also focus in the academic and engineering field. Based on the results of many materials collecting from lots of existing bridges and summarizing of the achievements given before, a theory analysis and computer simulation to the unknown cracks of the reinforced concrete box girder has given in this thesis. Based on the analytical method of "time depending on" and "the whole bridge life", the theory analysis and computer simulation methods are given in this papere. The main works in this paper are as follows:
1. The cracks existed in 23 bridges and the research works by other people have been analyzed. Based on above works, the cracking trend with general significance, that is to say, the cracking risk in construction period is far greater than service period has been found.
2. A simulation analysis method to the bridge construction steps has been given, based on the "time depending on" theory. Both the broad sense "time depending on" and the narrow sense "time depending on" are discussed. By analyzing a continuous rigid frame bridge with Midas/civil, the reason of cracking in concrete, which can not be explained from the designing methods, has been found.
3. To a deterioried bridge to be detected, the existed cracks have been analyzed and a basic bridge health detecting method has been put forward.
4. Based on the needs of detecting and evaluating of the bridge, the primary content and the overall design of the smart evaluating system about bridge health detecting have been put forward. The market prospects and technical feasibility have been analyzed, and the research on the relevant computer simulation system has also been done primarily.
引文
[1] 谌润水，胡钊芳，帅长斌．公路旧桥加固技术与实例．人民交通出版社，2001，2～3
[2] BIYANEV，陈晓明．纽约市桥梁生命周期性能的评估．特种结构．2001，(3)：72～77
[3] 孟庆伶．日本的预应力混凝土铁路桥梁．铁道建筑，1999，(8)，7
[4] 项海帆．21世纪世界桥梁工程的展望．土木工程学报，2000，33(3)
[5] [英]悉尼·明德斯，[美]J·弗朗西斯·扬著，方秋清，杜如楼，吴科如，沈曼曼译．混凝土．中国建筑工业出版社，1989，2
[6] 王铁梦．工程结构裂缝控制．中国建筑工业出版社，1997，2～4
[7] 范立础．桥梁工程(上)．第二版．人民交通出版社，2001，80，300
[8] 吴恩和，罗志强．连续箱梁的初步分析和施工控制．中南公路工程，2000，25(4)
[9] 陈性凯．广州华南大桥箱梁裂缝的初步分析．中国市政工程，1997，(3)
[10] 陈升烨．预防箱梁施工裂缝产生的措施．中外公路，2002，22(3)
[11] 罗旗帜，余建立．钢筋混凝土箱梁桥翼板横向裂缝问题．桥梁建设，1997，(1)
[12] 浙江省“连续箱形梁桥裂缝调查分析及防治措施的研究”课题组．连续箱形梁桥裂缝调查分析及防治措施的研究．浙江交通科技，2000，(4)
[13] 李海军，李军．连续梁桥预应力混凝土箱梁腹板裂缝成因浅析．华东公路，2000，(3)
[14] 王正文，刘应国．钢筋混凝土连续箱梁桥桥面早期裂缝的产生和修补．冶金矿山设计与建设，1999，31(1)
[15] 北京迈达斯技术有限公司．MIDAS/CIVIL 01-Getting Strarted & Tutorials．MIDAS IT(Beijing)Co., Ltd, 2003
[16] 北京迈达斯技术有限公司．MIDAS/CIVIL 02-Analysis for Civil Structures. MIDAS IT(Beijing)Co.,Ltd, 2003
[17] 北京迈达斯技术有限公司．MIDAS/CIVIL 03-Advanced Applications. MIDAS IT(Beijing)Co.,Ltd, 2003
[18] 周宗泽．桥梁博士系统用户使用手册．同济大学桥梁工程系，2001
[19] 严国敏编著，劳远昌主审．现代斜拉桥．西南交通大学出版社，1996
[20] 赵建敏，郭庆．Visual Basic编程指南．航空工业出版社，1998
[21] WalterS. Brainerd, CharlesH. Goldberg等著，袁驷，叶康生译．Fortran90编程指南．第三版．高等教育出版社，施普林格出版社，2000
[22] 钱永久．既有钢筋混凝土桥梁的评估与诊断．西南交通大学博士学位论文．1992
[23] 范立础．预应力混凝土连续梁桥．人民交通出版社，1998
[24] 刘兴法．混凝土结构的温度应力分析．人民交通出版社，1991
[25] 水利水电科学研究院译．混凝土的强度和破坏译文集．水利出版社，1982
[26] 董哲仁．钢筋混凝土非线性有限元法原理与应用．中国铁道出版社，1993
[27] 韩毅，李霄萍译，老远昌校．日本土木工程手册-钢筋混凝土结构．中国铁道出版社，1984
[28] 蒋泽汉．预应力混凝土实用施工技术．四川科学技术出版社，2000
[29] 过镇海．混凝土的强度和本构关系．中国建筑工业出版社，2004
[30] 洪锦如．桥梁结构计算力学．同济大学出版社，1998
[31] 史尔毅．史尔毅桥梁论文集．人民交通出版社，1996
[32] 倪元增，钱寅泉．弹性薄壁桥梁分析．人民交通出版社，2000
[33] 金伟良，赵羽习．混凝土结构耐久性．科学出版社，2002
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[35] 吴家龙．弹性力学．高等教育出版社，2001
[36] 项海帆主编，姚玲森主审．高等桥梁结构理论．人民交通出版社，2001
[37] 赵国藩，李树瑶，廖婉卿，文明秀，王清湘，宋玉普，王健．钢筋混凝土结构的裂缝控制．海洋出版社，1991
[38] [美]A．H．尼尔逊，过镇海，方鄂华，庄崖屏等译．混凝土结构设计．中国建筑工业出版社，2003
[39] 梁国晃．建筑部件的变形与裂缝．广东高等教育出版社，1988
[40] 熊峰，李章政，贾正甫，李碧雄．结构设计原理．科学出版社，2002
[41] 罗世勋．当代四川公路桥梁(续集)．四川科学技术出版社，1996
[42] 李全德，杨德滋译，陈开利，张开敬校．日本土木学会-混凝土结构设计规范及解说．西南交通大学出版社，1991
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[50] 腾智民主编．钢筋混凝土基本构件．第二版．清华大学出版社，1987
[51] 董毓利．混凝土非线性力学基础．中国建筑工业出版社，1997
[52] 胡兆同，陈万春编著，杨炳成主审．桥梁通用构造及简支梁桥．人民交通出版社，2001
[53] 吕西林，金国芳，吴晓涵．钢筋混凝土结构非线性有限元理论与应用．同济大学出版社，1997
[54] 中国建筑科学院主编．混凝土结构研究报告．3．中国建筑工业出版社，1994
[55] 谢幼藩，车惠民，何广汉，卢和乐．铁路钢筋混凝土桥(下)．中国铁道出版社，1988
[56] 朱伯芳．有限单元法原理与应用．第二版．中国水利水电出版社，1998
[57] 车惠民，邵厚坤等．部分预应力混凝土．西南交通大学出版社，1992
[58] 徐启友．桥梁修理与技术改造．人民交通出版社，1992
[59] [英]A·M·内维尔著，李国泮，马贞勇译．混凝土的性能．中国建筑工业出版社，1983
[60] T.Y. Lin. Design of Prestressed Concrete Structurals. John Wiley & Sons, New York, 1981
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[63] 《桥梁病害诊断及剩余寿命评估》编委会．桥梁病害诊断及剩余寿命评估．中国铁道出版社，1996，
[64] 房贞政．无粘结与部分预应力结构．人民交通出版社，1999
[65] 张士铎，邓小华，王文州．箱形薄壁梁剪力滞效应．人民交通出版社，1998
[66] 黄国兴，惠荣炎．混凝土的收缩．中国铁道出版社，1999
[67] 惠荣炎，黄国兴，易冰若．混凝土的徐变．中国铁道出版社，1988
[68] 刘兴法．混凝土结构的温度应力分析．人民交通出版社，1991
[69] 富文权．混凝土快速硬化．中国铁道出版社，1990
[70] 江见鲸，冯乃谦．混凝土力学．中国铁道出版社，1991
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