考慮環境影響的混凝土梁式橋動力特性及抗震性能演化

《考慮環境影響的混凝土梁式橋動力特性及抗震性能演化》是依託北京交通大學，由劉保東擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：考慮環境影響的混凝土梁式橋動力特性及抗震性能演化
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉保東
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

混凝土梁式橋在我國公路和鐵路工程中套用十分廣泛，受環境因素和荷載條件的綜合影響，其動力特性和抗震性能也在不斷演化，準確把握其動力特性的演化規律對於橋樑安全運營、狀態評估及合理養護、加固等都具有重要的理論研究意義和實際套用價值。本課題擬利用理論與試驗相結合的方法，從研究混凝土材料彈性模量、阻尼特性的依時變化規律入手，開展環境溫濕度和長期荷載作用的影響；結合梁式橋的受力特點，製作混凝土柱、簡支梁模型，模擬常規和特定荷載條件（超載、地震等）的影響，進一步分析不同荷載條件對結構自振頻率和阻尼的影響；選擇混凝土剛構橋樑，分析環境溫濕度、荷載條件等對結構的綜合影響（如材料特性、應力分布、邊界條件、土結相互作用、局部損傷演化等），計算分析其動力特性的演化規律；考慮不同應力水平下結構能量耗散特性，採用基於能量平衡的理論，進一步分析不同地震水平、不同損傷程度條件下的橋樑結構抗震性能。

結題摘要

橋樑的健康監測和性能評估是保證交通運輸正常進行和國民經濟快速發展的重要環節。由於受環境因素和荷載作用的影響，梁式橋的靜力和動力特性在不斷演化。只有認清這些外在因素對梁式橋靜動力特性的影響，才能準確地評估橋樑的健康狀況。本課題採用理論和試驗相結合的方法，從材料層次入手，研究了混凝土材料彈性模量的依時變化規律；環境溫度和濕度對混凝土材料彈性模量的影響。接下來在構件層次，製作混凝土柱、簡支梁模型，分析了環境溫濕度對其動力特性的影響以及長期附加荷載作用對混凝土柱動力特性的影響。最後進行了一座混凝土簡支梁和一座混凝土連續梁橋的32小時動力測試，進一步分析環境溫濕度和邊界條件等對結構的綜合影響。結果表明：隨著齡期的不斷增長，混凝土的彈性模也逐漸變大，增長速度先快後慢；溫度和濕度對混凝土材料彈性模量的影響規律相反。隨著溫度的升高，混凝土材料的彈性模量降低；而隨著濕度的增大，混凝土材料的彈性模量升高。且在自然環境條件下，溫度對混凝土彈性模量的影響較大。溫濕度對混凝土模型梁和模型柱自振頻率的影響規律也相反，並與溫濕度對彈性模量的影響類似。隨著溫度的升高，混凝土結構的自振頻率降低；隨著濕度的增大，混凝土結構的自振頻率升高。與溫濕度對混凝土材料彈性模量的影響相比，其對混凝土結構自振頻率的影響要小，這是因為結構的自振頻率不僅與材料的彈性模量有關，還與邊界條件等其它因素有關；長期荷載只在作用的初期會對結構產生影響，使結構的自振頻率降低，在後期對結構幾乎沒有影響；環境溫濕度和長期荷載對結構的阻尼比影響不明顯。本課題的研究成果可以為橋樑結構的健康檢測和性能評估提供參考，以剔除環境因素和荷載作用對橋樑動力特性的影響，準確判斷橋樑的健康狀況。