既有混凝土橋梁加寬改造設(shè)計的基礎(chǔ)理論研究

本項目對既有混凝土橋梁加寬改造設(shè)計的基礎(chǔ)理論進行了研究，提出了相應(yīng)的設(shè)計方法，可供相關(guān)設(shè)計規(guī)范的編制時參考。項目研究共完成論文36篇，其中博士學(xué)位論文4篇、碩士學(xué)位論文7篇，期刊論文25篇；申請發(fā)明專利1項。主要成果如下： （1）建立了包括結(jié)構(gòu)可靠度基本參數(shù)（設(shè)計基準期、目標可靠度、設(shè)計荷載等）確定方法、結(jié)構(gòu)抗力退化模型、體系時變可靠度計算理論等在內(nèi)的加寬改造混凝土橋梁上部結(jié)構(gòu)時變可靠度分析體系。 （2）提出了適合混凝土橋梁拼接狀態(tài)的混凝土自由收縮和新舊混凝土約束收縮預(yù)測模型。 （3）提出了不同上部結(jié)構(gòu)形式（實心板、空心板、T梁、箱梁）橋梁加寬改造時收縮徐變效應(yīng)的計算方法及減小收縮徐變效應(yīng)的措施。 （4）建立了考慮隨機性、模糊性以及信息不完整性的加寬改造混凝土橋梁耐久性評定體系。 （5）提出了基于超聲脈沖法和沖擊回波法測定RPC彈性模量的簡便方法。 （6）提出了解析表達的混凝土疲勞應(yīng)變的粘-彈-塑性預(yù)測模型以及混凝土力學(xué)性能的尺寸效應(yīng)律。 （7）研發(fā)了采用超高性能活性粉末混凝土RPC灌注的混合梁鋼-混結(jié)合段PBL剪力鍵和采用RPC強化再生骨料的再生骨料混凝土材料。 （8）對預(yù)應(yīng)力孔道注漿狀態(tài)無損檢測方法中的沖擊回波法和超聲波層析成像法開展了系統(tǒng)的試驗和理論研究。研究了實際結(jié)構(gòu)各參數(shù)對檢測效果的影響規(guī)律，提出了預(yù)應(yīng)力孔道無漿孔道處沖擊回波厚度頻率的計算公式以及一種超聲波層析成像正演模擬中的線性走時插值射線追蹤綜合改進算法（綜合改進LTI算法），可用于橋梁拼寬時既有橋梁狀態(tài)檢測與評定。 （9）建立了不同壁厚箱形墩在寒流降溫作用下的負溫差分布模式，提出了適合長江中游地區(qū)超寬分離式混凝土箱梁在日照輻射和寒流降溫作用下的豎向溫度梯度模式。 （10）提出了混凝土箱梁頂板在局部荷載作用下的極限荷載和塑性橫向受力有效分布寬度的計算公式。

我國公路特別是上個世紀90年代中早期以前修建的高速公路已有眾多不能滿足現(xiàn)在的交通需求而迫切需要進行加寬改造，沿線大量橋梁，特別是占總數(shù)95%以上混凝土橋梁的加寬改造無疑成為其關(guān)鍵的控制性工程。但國內(nèi)外迄今尚未建立有關(guān)既有橋梁加寬改造設(shè)計的基本理論體系及相應(yīng)的規(guī)范體系，設(shè)計人員現(xiàn)在多參照新建橋梁設(shè)計規(guī)范及經(jīng)驗進行既有橋梁的加寬改造設(shè)計，顯然缺乏科學(xué)性。本申請項目將對既有混凝土橋梁加寬改造設(shè)計的基礎(chǔ)理論問題，諸如既有橋梁加寬改造設(shè)計時設(shè)計基準期、目標可靠度及設(shè)計荷載的合理確定；加寬改造橋梁的可靠度、耐久性及極限承載能力的分析評定方法；加寬改造橋梁混凝土收縮、徐變效應(yīng)的合理確定以及新舊橋梁連接的傳力機理和合理構(gòu)造等進行較為系統(tǒng)的理論與試驗研究，發(fā)展和完善既有橋梁加寬改造設(shè)計的基礎(chǔ)理論，提出相應(yīng)的合理設(shè)計方法，為橋梁拓寬改造相關(guān)設(shè)計規(guī)范的編制提供可靠依據(jù)，其研究成果亦可為既有橋梁的加固設(shè)計提供參考

譜線加寬有均勻加寬和非均勻加寬。

如果引起加寬的物理因素對每個都是等同的，稱作均勻加寬；如果原子體系中每個原子只對譜線內(nèi)與它的靜觀中心頻率相應(yīng)的部分有貢獻，即可區(qū)分譜線上的某一頻率范圍是由哪一部分原子發(fā)射的，稱作非均勻加寬。

均勻加寬分有自然加寬，碰撞加寬和晶格振動加寬；非均勻加寬分有多普勒加寬和晶格缺陷加寬。

譜線加寬研究背景

CO₂分子是重要的大氣分子，在紅外波段具有較強的吸收，因此在大氣輻射傳輸和紅外遙感等方面具有極其重要的應(yīng)用。大氣輻射傳輸和紅外遙感研究需要精確的大氣分子光譜參數(shù)。在大氣分子光譜的實際應(yīng)用中，通常以N₂，O₂或干燥空氣作為載氣，然后用 Voigt 或 Lorentz 線型擬合得到譜線的加寬系數(shù)。然而實際大氣中除了N₂和O₂ 之外還含有大量水汽，而且水汽的濃度隨地域、季節(jié)和海拔的不同變化非常大，而HITRAN數(shù)據(jù)庫所給出的譜線加寬系數(shù)為空氣和自加寬系數(shù)，文獻很少報道水汽對大氣分子譜線的加寬影響。差頻(DFG)激光器是最近發(fā)展起來的一種新型的激光光源，以其高分辨力、寬波長選擇性、室溫工作以及可連續(xù)調(diào)諧等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于痕量探測和光譜參數(shù)探測中。本文介紹了以差頻激光器作為光源，結(jié)合長光程懷特池，報道了水汽分子對CO₂譜線加寬的影響。根據(jù)實驗測量獲得的光譜數(shù)據(jù)和HITRAN04中CO₂的光譜參數(shù)，比較分析了在實際大氣中(海平面，10 km光程)不存在水汽和存在水汽時的CO₂的透過率。

譜線加寬數(shù)據(jù)分析和討論

實驗以多次平均的方法測量了壓力為0.821 kPa 的純CO₂吸收光譜以及加入1.485 kPa水汽后CO₂的水汽加寬吸收光譜。探測范圍從2422 cm^-1到2457 cm^-1，總共有26條吸收譜線被探沿到。用Voigt線型擬合得到了CO₂的10011→10002吸收帶 P(8)到 P(2)以及R(0)到 R(42)吸收譜線水汽加寬系數(shù)值。測量的光譜數(shù)據(jù)除了Doppler 效應(yīng)所引起的Gaussian 加寬和氣體分子碰撞引起的 Lorentz 加寬之外，還包含儀器加寬，該差頻系統(tǒng)的儀器線寬約為 60 MHz。為得到精確的水汽對CO₂的Lorentz加寬系數(shù)，在處理CO₂的水汽加寬光譜之前，先用 Voigt 線型擬合0.821 kPa 的純CO₂光譜，得到線寬值，這個線寬值是CO₂光譜的自身線寬和儀器線寬的卷積。在用 Voigt 線型擬合CO₂的水汽加寬光譜時，用擬合得到的純CO₂光譜線寬值固定其線寬，得到的加寬系數(shù)值是水汽加寬的系數(shù)，擬合的數(shù)據(jù)如表1所示。在表1中線位置、線強和干燥空氣的加寬系數(shù)值取自HITRAN04 數(shù)據(jù)庫，最后一項為測量的水汽加寬系數(shù)，經(jīng)計算擬合所得的水汽加寬系數(shù)比干燥的空氣加寬系數(shù)平均大 52%。圖1是位于 2449.06419 cm^-1的CO₂吸收線 R(28)在未充入水汽和充入水汽之后的透過率比較圖。圖3為用Voigt 線型擬合的CO₂的水汽加寬光譜的例子，圖2(a)為實際測得的光譜和擬合曲線，圖2(b)是實際光譜和擬合曲線之間的殘差。

譜線加寬研究結(jié)論

利用窄線寬差頻激光器結(jié)合長光程懷特吸收池研究了水汽分子對CO₂的線型加寬的影響，測量了CO₂分子的水汽加寬系數(shù)。實驗以多次平均的方法測量了壓力為 0.821 kPa 的純CO₂吸收光譜以及加入1.485 kPa 水汽后CO₂的水汽加寬吸收光譜。探測范圍是從 2422 cm-1 到 2457 cm-1，用Voigt 線型擬合得到了CO₂的10011→10002吸收帶P(8)到P(2)以及R(0)到R(42)吸收譜線水汽加寬系數(shù)值。通過CO₂分子10011→10002 帶R支和部分P支在室溫下水汽加寬吸收光譜研究，數(shù)據(jù)顯示水汽對CO₂分子的吸收光譜具有較大的加寬作用，比HITRAN 04 數(shù)據(jù)庫上的干燥空氣的加寬系數(shù)平均大52%。并且數(shù)值分析了CO₂分子在這一波段室溫條件下，0.1 MPa的干燥和潮濕空氣(含2.0 kPa水汽)中CO₂的透過率(海平面，10 km光程)，分析比較顯示兩者之間最大的差值約為0.5‰，說明大氣中水汽的存在對大氣透過率有一定的影響。該研究結(jié)果對衛(wèi)星遙感探測和激光大氣傳輸?shù)难芯烤哂幸欢ǖ膮⒖家饬x。