【项目名称】公路桥梁下部结构加固设计理论及实用技术研究
【立项背景】
桥梁下部结构工程（墩台和基础）是桥梁的重要组成部分,是直接承受上部结构荷载同时将荷载传递给地基的受力结构。由于长期处于复杂水文地质条件下, 桥梁下部结构工程在建造过程中或经多年使用后将出现不同程度的损坏,产生如混凝土裂缝、剥落、老化、钢筋锈蚀等各种缺陷病害,特别是实际桥梁结构中大量采用的钢筋混凝土柱式墩台和桩基础结构型式，与实体墩台及扩大基础相比，其结构尺寸相对较小，易于受损且受损后对桥梁承载力有明显削弱；当旧桥上部拓宽时，下部结构的桩柱也表现为承载力相对不足。
另外,随着国民经济的快速发展，公路客货运输量不断增长，对公路提供安全快速、重载行驶的要求也越来越高，公路桥梁负荷日趋加重，特别是由于推行拖挂运输和集装箱运输，受原设计荷载标准的限制,使桥梁下部结构承载力不足的问题普遍存在。
为确保运营安全,必须对缺陷桥梁下部结构或承载力不足的下部结构进行技术改造。工程实践表明，钢筋混凝土柱式墩台加固一般采用钢筋混凝土套箍及外包钢板等增大截面受力面积的方法。钢筋混凝土套箍及外包钢板既增大了截面受力面积，又对缺陷混凝土形成保护，防止其进一步受开裂、剥落或钢筋锈蚀等病害侵蚀。目前,针对桥梁上部结构的加固研究较多,对桥梁下部结构加固的理论研究及实用技术研究却较少,由于缺乏理论分析及实用技术支持,实际工程中往往采取保守的方法进行设计计算,从而造成大量不必要浪费,有时由于加固方法不当,甚至给缺陷桥梁造成进一步损伤。
为解决上述问题，我们提出《公路桥梁下部结构加固设计理论及实用技术研究》课题，并经吉林省交通运输厅正式立项。通过对公路桥梁下部结构加固计算理论及实用技术进行深入系统的研究分析和试验,解决工程中对桥梁下部结构加固缺乏理论依据和技术保障的实际问题,确保桥梁下部结构加固更加科学合理、经济适用。项目研究内容对完善下部结构加固设计理论及方法，提高桥梁加固设计的安全性及可靠性具有重要意义。
【主要研究内容 】
项目以围套加固有初应力的圆截面柱式钢筋混凝土墩（或桩）为研究对象，在对二次受力围套加固圆截面柱受力变形行为进行理论分析及仿真模拟计算基础上，重点研究加固圆柱受压极限承载力计算相关问题，对新旧混凝土结合面构造及抗剪钢筋设计方法等实用技术进行归纳总结，对加固墩柱与盖梁及桩顶连接处合理构造进行了一般性探讨。
⑴围套加固圆截面柱轴心受压分析及承载力研究
⑵围套加固圆截面柱偏心受压分析及承载力研究
⑶围套加固圆截面柱承载力有限元模拟试验研究
⑷围套加固圆截面中长柱受压变形二阶效应分析
⑸围套加固圆截面柱承载力计算方法及合理构造研究
【主要研究成果】
①提出围套加固圆截面柱轴心受压可能的两种极限状态及承载力的上限值的概念，推导轴心受压圆截面柱围套混凝土理论最小厚度及箍筋配筋率，确定轴心受压圆截面柱围套及核心混凝土极限承载力强度系数，完善了柱轴心受压承载力计算公式。
②提出围套加固圆截面柱偏心受压两种极限状态及承载力的下限值的概念，利用积分推导出核心截面承受偏心一期荷载、叠合截面承受同方向偏心二期荷载的叠合式钢筋混凝土圆截面柱极限承载力（即叠合式柱承载力的下限值）计算中各相关力及力矩的理论表达式。
③承载力仿真模拟分析表明，核心柱的应力水平指标对围套加固圆截面柱极限承载力的影响不明显，增加围套或对其采用密配箍时，能有效地减小围套部分的拉应力，同时能对核心混凝土提供有效的径向约束力，使加固柱极限承载力得到大幅提高。
④基于非线性有限元原理,利用分层梁单元推导出考虑材料非线性的围套加固圆截面柱偏心受压的刚度矩阵, 通过计入二阶弯矩影响的有限元迭代法，计算在一阶弯矩和二阶弯矩作用下各截面的挠度，研究加固柱在外荷载作用下考虑二阶效应影响的变形规律。
