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城市钢管混凝土拱桥加固技术研究

李科  
【摘要】:钢管混凝土拱桥拥有良好的美学艺术,极高的承载力,施工效率高,施工成本相对较低,因此在城市里得到了广泛应用。但是由于理论研究滞后于工程实践,早期建造的钢管混凝土拱桥大多出现了严重的病害,需要加固维修。本文基于泸州市沱江三桥(龙西大桥)的加固设计项目,研究了城市钢管混凝土拱桥加固维修的主要关键技术措施及BIM/BrIM新技术的应用方法。首先,研究中以同类型桥梁加固工作为基础,针对龙西大桥整体性及动力性不足问题提出了五种加固设计方案。然后建立Midas Civil有限元模型以确定适合增强龙西桥整体性的加固方案,并通过Midas Civil有限元模型分析验证了采用的桥面系体系转换方案可以有效抑制吊杆振动出现在低阶模态,使拱肋混凝土应力变化在1MPa内;然后对比分析验证加固前后的动力地震响应,研究发现仅地震波作用下主拱上下肋内力变化超过20%,但组合作用下桥梁地震内力最大仅13.54%提高,不会造成有不利影响。第二,针对龙西大桥存在拱肋混凝土脱空的病害,通过建立ANSYS主跨有限元模型分析,具体研究了不同脱空率(0、5%、10%、15%、20%)和不同脱空类型(整体脱空、局部脱空)对结构稳定性能和整体刚度的影响。研究发现:脱空病害虽然对结构的稳定性能影响有限,但是整体脱空对整体刚度有10%的劣化影响,应进行有效加固防止整体脱空出现。第三,针对龙西大桥拱座局部开裂病害,分析粘贴钢板加固和粘贴碳纤维加固两类不同材料的加固效果,确定了粘贴一层2cm钢板的加固方案或粘贴两层碳纤维布的加固方案可行。加固前考虑对荷载完全卸载至不可卸恒载,拱座绝大部分应力为-0.26~0.7MPa;加固后考虑活载放大1.3倍,拱座绝大部分应力为-5.4-0MPa。最后针对桥梁运维信息庞大复杂,养护调阅信息困难的问题,利用Solidworks与Revit参数化建模拼装建立了沱江三桥加固设计的BIM/BrIM模型,以文件集成的方式将运营加固阶段的数据信息集成到BIM/BrIM模型中。依靠BIM技术中的BIM模型实现了加固设计中的三维可视化和碰撞分析、统计材料用量、生成加固方案图纸、计算加固方案受力等应用,并为后期继续运营维护查看、调阅、分享信息提供了技术条件。


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