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连续箱梁桥因其结构形式高效、跨越能力强、受力性能优越,被广泛应用于我国公路与城市轨道交通桥梁建设中。然而,随着服役年限的增长及交通流量的持续增加,许多在役连续箱梁桥出现了不同程度的裂缝、挠度超限及承载力衰减等病害问题,严重影响桥梁结构的安全性与耐久性。体外预应力加固作为一种高效、灵活且可逆的加固手段,近年来在桥梁加固领域得到广泛关注。针对现有体外预应力加固方法存在的锚固效率低、二次损失大、受力机制复杂、长期性能劣化机制不明等问题,亟需开展新型体外预应力加固方法的系统研究与工程应用评估。
本论文围绕连续箱梁桥体外预应力加固的理论创新、工程应用和长期服役性能展开深入研究。首先,通过系统调研与分析国内外桥梁加固理论与工程案例,梳理当前体外预应力加固技术的核心问题及发展瓶颈,明确新型加固方法研究的必要性和技术路线。基于结构受力分析和加固力学原理,创新性提出了一种高效锚固—低损耗型体外预应力加固新方法。该方法采用多级锚具与柔性导向装置相结合,有效提升预应力传递效率并抑制二次损失,适配复杂截面和多跨连续结构的受力特征。
在加固机理方面,结合有限元分析与结构力学理论,建立了连续箱梁桥体外预应力加固全过程非线性分析模型。通过模拟不同损伤状态、加固参数与锚固方式下的受力响应,揭示新方法下加固体系的力流分布、裂缝控制与承载能力提升机理。研究结果表明,新方法能显著提升主梁正截面承载力和刚度,有效减小裂缝宽度与延缓损伤扩展,同时改善了桥梁整体协同工作性能。
在长期性能与耐久性研究方面,论文构建了长期荷载、预应力松弛、温湿度变化、材料劣化等多因素作用下的体外预应力加固体系演化分析模型。基于实验数据与现场监测,分析了体外预应力钢绞线松弛、锚固端滑移、锈蚀发展等关键性能指标的时间历程变化,揭示新型体外预应力体系的长期稳定性与失效机理。为进一步提升加固结构的耐久性,论文还提出了抗松弛锚具优化、腐蚀防护、监测预警等系统性耐久性提升策略。
工程应用部分,以某实际服役连续箱梁桥为对象,实施新型体外预应力加固工程,开展结构加固全过程设计、施工与运营监测。通过结构静力、动力加载试验及长期健康监测数据,系统评价了新型加固方法的施工便捷性、加固效果及运营期性能。结果表明,该方法在工程实际中可有效提升桥梁剩余寿命和服役可靠性,具有良好的工程推广价值。
此外,论文还基于机器学习与大数据技术,构建了体外预应力加固后桥梁性能演化预测模型。该模型可结合历史结构监测数据、气候环境及运营荷载信息,实现加固结构长期性能退化的智能预测与寿命评估,为桥梁养护决策与智能管理提供理论支持。
本论文的主要创新点包括:(1)提出了适用于连续箱梁桥的新型高效体外预应力加固方法,显著提升了预应力利用率与加固体系稳定性;(2)揭示了新方法作用下桥梁结构受力提升、裂缝控制与耐久性改善的内在机理;(3)建立了多源环境与服役因素下体外预应力加固体系的长期性能分析模型及性能预测方法;(4)形成了涵盖理论创新、工程实践与智能运维一体化的连续箱梁桥加固与服役性能研究体系。论文的研究成果可为我国既有连续箱梁桥的加固改造与长期健康管理提供理论依据与技术支撑,具有重要的学术价值和工程应用意义。
论文提纲框架
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 连续箱梁桥损伤与加固现状
1.2.2 体外预应力加固理论与方法研究现状
1.2.3 体外预应力加固长期性能与耐久性研究进展
1.3 研究现状总结
1.4 研究内容与技术路线
2 连续箱梁桥体外预应力加固新方法理论与体系设计
2.1 连续箱梁桥典型损伤机理与性能退化特征
2.2 现有体外预应力加固方法及其不足
2.3 新型高效体外预应力加固方法提出
2.3.1 多级锚具与柔性导向装置原理
2.3.2 新方法的受力与力流传递机制
2.4 加固体系设计与参数优化
2.5 本章小结
3 新方法下体外预应力加固桥梁的有限元建模与机理分析
3.1 连续箱梁桥有限元建模方法