基于试验数据库下钢筋混凝土桥梁板构件冲切强度破坏机理的研究
上QQ阅读APP看书,第一时间看更新

前言

过去的二十年里,中国进行了全球规模最大的交通基础设施建设,建成了一大批结构新颖、技术复杂、设计和施工难度大、科技含量高的桥梁。但材料的自然老化、车辆荷载的不断增加、日益恶化的环境影响以及养护维修缺乏,相当一部分桥梁不可避免地出现各种损伤和缺陷,安全储备不足,近年来桥梁服役过程中垮塌事故时有发生。按照2012年9月《国务院关于宁夏内陆开放型经济试验区规划的批复》,国家将加大对宁夏道路桥梁等基础设施建设的投资力度。据统计宁夏境内总共有1000多座桥梁,危桥已超过1/10。有关部门一直在修路修桥,但维修的速度往往没有损坏的速度快。

钢筋混凝土桥面板构件作为桥梁的重要组成构件,关键截面应力影响线较短,直接承受着来往车辆轮载、雨水、除冰盐等不利因素的作用,每一次轴重荷载都会引起一次应力循环。因此钢筋混凝土(RC)桥面板的疲劳损伤事例屡见不鲜,损伤严重的板甚至会发生冲切破坏,导致混凝土与板分离而剥落。

当前是全国交通建设转变经济发展方式、提升发展质量的重要时期。因此本著作的研究内容对准确地识别出钢筋混凝土桥梁板构件破坏形态,确定破坏的位置和程度,揭示其破坏影响参数,预测其疲劳寿命,防止桥梁突然坍塌,避免今后维护可能带来更高的成本投入,保证社会稳定团结有非常重要的作用。具体内容如下所示:

第一,RC桥面板因受多种因素的影响,破坏机理十分复杂。使用时,各影响因素间的相互作用,使得钢筋混凝土板的破坏机理更加复杂。到现在为止,虽然存在诸多相关研究结果,但仍有大量内容需要进一步探讨。

第二,在自然侵蚀、严重超载运营和其他不可预见因素损害下,中国许多桥梁的结构性能发生了巨大变化。国际方面,以美国为首的研究者进入了大范围内的实验研究阶段,并初步得出了冲切破坏的降伏线理论。ACI-ASCE联合委员会报告,以及Criswell和Hawkins等的报告总结了详细的研究内容、研究结果。其中,最具代表性的是Kinnunen和Nylander的研究成果。日本涌现了诸多关于RC桥面板的研究,研究者们解明了RC桥面板的破坏机理并提出了冲切强度的计算公式。

第三,本书收集了国内外50多篇桥面板冲切强度的相关文献,通过这些文献获取实验数据合计427个,建成RC桥面板实验数据数据库,实验数据根据研究者的不同而各不相同,该数据库将为今后桥面板构件方面的研究者提供最全面的试验数据基础。

第四,本书使用了前述的13个计算公式分别对收集的试验数据进行了计算,计算结果显示BS公式、Yitzhaki公式、Gardner公式、角田公式及山口大学简易公式的强度比的平均值都接近1.0,较其他公式精度更高。ACI公式、CEB-FIP公式、中国规范公式、日本土木学会公式及Moe公式的强度比平均值都在1.2以上,显示为偏于安全的数值。EC2公式以及日本建筑学会公式的强度比平均值都在2.0以上,显示为过度安全的数值。另外,松井公式,修正松井公式的强度比平均值均低于1.0,若以此计算,将导致偏于危险的结果。除骨料尺寸的影响外,认为载荷板尺寸和板厚的比也可能是重要的影响因素。

第五,探讨了抗压侧配筋量及粗骨料最大粒径的变化对RC板冲切强度的影响。并使用试验结果对以往的计算公式及山口大学简易式的计算精度进行了分析。结果表明,保护层厚度,抗压侧配筋量及粗骨料最大粒径都对RC板的冲切强度有所影响。

第六,以前的研究中,保护层厚度、抗拉侧钢筋量和粗骨料最大粒径都没有作为影响参数。但是,冲切的破坏机理的相关因素有混凝土的压应力,钢筋的尺寸效应,可以认为保护层厚度及骨料粒径对混凝土的压应力有一定影响。从实验数据结果中,推导出新的公式。