摘 要

国家经济在近年来发展迅速，交通运输量也增长迅猛，随之而来的就是通行量和车辆载重的增加。导致许多原来修建的老桥达不到使用上的要求，若要重新达到当前的使用要求，需要对其进行修复加固处理，才能让旧桥提高自身承载能力。对于不同类型的桥，其加固方法也有很多，不同的加固方法加固后的性能提升有所不同，而且耐久性方面也有所差异，要设计出好的加固方案就必须在考虑承载能力的同时考虑到耐久性。

本文对桥梁的破损情况和已有的加固方案进行收集分析，用作加固设计前的理论经验，在对几种桥梁加固方法的数据调研后，得出各个桥梁加固方法的加固效果以及有效年限。在此基础上，结合新型材料UHPC（超高性能混凝土）的运用和材料性能，综合理论和创新理念，设计出UHPC（超高性能混凝土）在钢桁架桥中的加固方案。再结合某钢桁架桥梁模型，用ansys软件对桥梁加固方案进行建模数据模拟分析。在了解UHPC填充腹板加固的作用机理、受力特点、适用范围、构造要求等基础上，对结果进行综合对比分析。通过与未加固方案和钢板加固方案的整体和各个方向上的的应力、位移等数据来比较各个加固方案的加固效果。在UHPC加固方案加固后的模型节点最大应力相对于未加固模型减少了33%，且UHPC加固的节点最大应力的位置也发生了改变，从裂纹端部转移到工字钢翼缘处，更加有利于控制裂纹的扩展破坏；而在位移方面，UHPC加固与未加固模型相比，节点最大位移降低了一个数量级。总体而言，UHPC加固能够很好的改善结构的受力，在一定程度上减缓裂纹的发展，再加上UHPC良好的耐久性，加固后的有效使用年限也有所提高。

关键词：钢桁架桥；超高性能混凝土（UHPC）；加固

Abstract

In recent years, the national economy has developed rapidly, the traffic volume has also increased rapidly, and the following is the increase of the traffic volume and the vehicle load. So many old bridges can not meet the requirement of use, if we want to meet the current requirement again, we need to repair and strengthen the old bridge to improve its own bearing capacity. There are many reinforcement methods for different types of bridges, and the performance improvement after reinforcement by different reinforcement methods is different, and the durability is also different, in order to design a good reinforcement scheme, durability must be considered as well as bearing capacity.

In this paper, the damage of the bridge and the existing strengthening schemes are collected and analyzed, which is used as the theoretical experience before strengthening design, the reinforcement effect and the effective life of each bridge reinforcement method are obtained. On this basis, combining the application of new material UHPC (ultra high performance concrete) and its material performance, integrating theory and innovative idea, the reinforcement scheme of UHPC (ultra high performance concrete) in steel truss bridge is designed. Combined with a steel truss bridge model, the ansys software is used to simulate and analyze the data of the bridge reinforcement scheme. Based on the understanding of the mechanism, mechanical characteristics, applicable scope and structural requirements of the reinforced web with UHPC, the results are compared and analyzed. The reinforcement effect of each reinforcement scheme is compared with the stress and displacement data of the unreinforced scheme and the steel plate reinforcement scheme. The maximum stress of the model joint strengthened by UHPC is 33% less than that of the unreinforced model, and the position of the maximum stress of the model joint strengthened by UHPC is also changed, which is transferred from the crack tip to the I-STEEL flange, compared with the unreinforced model, the maximum displacement of the joint is reduced by an order of magnitude in the displacement aspect. On the whole, the reinforcement of UHPC can improve the stress of the structure, retard the crack development to some extent, and with the good durability of UHPC, the useful life of the reinforced UHPC is also increased.

Key Words:Steel Truss Bridge;Ultra-High Performance Concrete(UHPC)；reinforcement

目 录

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2 桥梁加固研究的背景和意义 1

1.2.1桥梁加固研究的背景 1

1.2.2桥梁加固研究的意义 1

1.3 UHPC加固的研究现状和存在的问题 2

1.3.1研究现状 2

1.3.2存在的问题 2

1.4论文的主要研究内容和技术方案 3

第二章 UHPC的介绍及其在桥梁上的应用 5

2.1 UHPC的介绍 5

2.1.1我国混凝土发展背景 5

2.1.2 UHPC的简介与发展 5

2.1.3 UHPC的性能 6

2.2 UHPC在桥梁上的应用现状 7

2.2.1在国内的应用 7

2.2.2在国外的应用 8

第三章 桥梁加固方法的研究和方案拟定 9

3.1所加固桥梁的介绍 9

3.1.1桥梁的基本资料 9

3.1.2桥梁检测已有病害 9

3.2 桥梁主要病害及UHPC加固的应用现状 10

3.3桥梁加固方法 11

3.3.1常见桥梁结构加固方法 11

3.3.2钢结构的加固方法 13

3.3.3钢-混组合结构桥梁加固方法 13

3.4桥梁加固后的数据调研 14

3.4.1常用结构加固方法有效使用年限分析 14

3.4.2不同加固方法的对比结果 17

3.5本文的桥梁加固方案 18

第四章 含裂纹的钢桁架桥UHPC加固建模 19

4.1 ansys工作流程 19

4.2实体单元和参数的定义 19

4.2.1定义实体单元类型 19

4.2.2材料参数定义 20

4.2.3实常数定义 20

4.3实体模型的建立 21

4.4材料属性的赋值和划分网格 23

4.5实体模型的连接 24

4.6加载计算 26

4.6.1施加约束 26

4.6.2荷载工况 27

4.7本章小结 28

第五章 UHPC加固效果分析 29

5.1静力分析 29

5.1.1整体的应力及变形情况 29

5.1.2各个方向的应力及变形情况 31

5.2 UHPC加固与未加固的比较分析 32

5.3 UHPC加固与钢板加固的比较分析 36

5.4三种模型的数值模拟横向比较 37

5.5开裂区域的局部分析 41

5.5.1开裂端点处的应力变化分析 41

5.5.2开裂端点处的位移变化分析 45

5.6本章小结 46

第六章 结论与展望 48

6.1结论 48

6.2展望 48

参考文献 50

致 谢 52

第一章 绪论

1.1引言

交通是经济发展的必要纽带，而在中国这样旷阔的地域，必然有些道路需要桥梁来连接，世界上各个国家在对桥梁的研究上投入了巨大的精力，一个国家桥梁的建设水平最能体现这个国家的建筑方面的成就。桥梁的发展从原来的石拱桥，到混凝土桥梁，再到钢桥，混合桥梁，经过了漫长的发展。对于钢桥而言，早期由于起步阶段，桥梁设计规范等级较低和经验不足，再经过长期的交通荷载作用和老化锈蚀之后，大部分钢桥产生裂纹并发生扩展，使桥梁无法满足原有规范所要求的承载能力，更加无法满足如今日益增加的交通荷载，有了很大的安全隐患。而桥梁重建代价又极高，所以对部分承载能力不足，结构安全具有隐患的桥梁进行加固就成了现在主要的研究内容，并且具有巨大的经济效益。

1.2 桥梁加固研究的背景和意义

1.2.1桥梁加固研究的背景

大量桥梁垮塌事故的发生引起了世界各国的高度重视，西方工业发达国家最早开始对桥梁的加固改造进行研究。早些时期建筑的桥梁，由于当时的技术和规范要求比较落后，在当今的交通荷载和交通量面前，原本就破旧不堪的众多桥梁更加容易出现严重的破坏。混凝土徐变和荷载是桥梁出现下挠和裂缝的主要原因，出现病害的桥梁很多都没有达到设计使用年限，有些桥梁甚至在建成通车10年左右便发生了严重的开裂现象。

在中国，随着高速公路的运行时间和里程的增加，桥梁的运营和维护变得越来越困难。 及时科学的进行桥梁日常维护，以及评估后进行加固已成为桥梁技术创新的重要领域。

1.2.2桥梁加固研究的意义

桥梁加固设计的意义主要在于：