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交通运输是国民经济的动脉,桥梁是交通运输设施必不可少的重要组成部分。然而,中国修建于20世纪80年代以前的公路桥梁中,由于钢筋混凝土材料强度较低,钢筋含量较少,致使现役公路桥梁普遍存在桥梁工程结构安全储备偏低等现象。此外,随着中国交通事业的发展和公路旧桥桥梁使用年限的增加,这些桥梁均存在钢筋锈蚀、水泥混凝土结构开裂渗水、局部混凝土脱落、冻害、碱骨料反应等各种各样的严重病害,极大地降低了桥梁的承载能力。但是,全部重新建造这些桥梁,不仅需要大量的人力,物力和财力,建设周期长,并且在施工中不可避免地实施交通管制,迫使车辆绕行,造成交通不畅和严重的社会经济损失。所以,如何通过科学手段切实提高现役桥梁的承载能力,延长现役桥梁的使用寿命,使它们最大限度地发挥各自的作用,是摆在从事桥梁工程技术工作者面前急需解决的重要研究项目之一。 本课题以研发PUC材料及其在公路旧桥维修加固工程中的应用技术研究为宗旨,首先配合比设计和室内拌合试验得到了配制一系列PUC材料的最佳配合比,利用材料试验和数理统计方法建立了PUC材料的抗压强度、抗折强度、抗剪强度、弹性模量、泊松比、应力-应变本构关系、PUC材料与混凝土界面之间的粘结强度以及PUC材料的抗渗抗冻耐久性技术指标,为PUC材料在公路旧桥维修加固工程中的应用提供了必要的技术支撑。 其次,针对现役钢筋混凝土T形梁的不同综合服务水平分别对I类、II类、III类、IV类和V类桥梁进行了室内模型(S=1:5)荷载实验,分析比较了加固前后的极限承载能力、荷载-挠度曲线以及裂缝的发展规律,验证了利用PUC材料进行钢筋混凝土T形梁维修加固的实际效果,并利用空间有限元对实验结果进行了仿真解析计算,提出了利用PUC材料进行旧桥加固设计的理论计算方法,用有限元方法模拟梁的行为,使用ABAQUS软件分析(V10.6)。最后,以哈同公路中兴桥维修技术改造工程为依托,利用本研究提出的快速加固维修方法进行了加固技术设计和施工,通过加固前后荷载试验系统地论证了实际加固效果。 综上所述,本论文的主要结论如下: 1)通过配合比设计和室内拌合实验得到了PUC-400,PUC-800,PUC-1200、以及PUC1650Kg/m3等一系列新材料的最佳配合比; 2)通过材料试验建立了PUC新材料的抗压强度、抗折强度、弹性模量、泊松比以及应力-应变本构关系等各种力学关系; 3)通过材料试验明确了PUC材料与混凝土界面之间的粘结强度、抗剪强度以及新旧材料界面之间的破坏规律; 4)通过室内模型试验和依托工程加固前后荷载试验系统地验证了利用PUC材料进行钢筋混凝土T形梁维修加固,不仅可切实提高原结构极限承载能力,还可以有效地抑制裂缝的发展速度; 5)利用本研究提出的新材料弹塑性应力-应变关系进行有限元解析得到的理论值可以很好地模拟荷载试验。 6)综上所述,利用PUC材料进行钢筋混凝土T形梁维修加固不仅具有巨大的示范效应,还具有广阔的应用技术前景。