已服役20年的预应力混凝土空心板梁单元静力承载力试验研究

通过对一根已服役20年的预应力混凝土空心板梁单元静力承载力试验室试验,研究该梁单元在不同荷载工况作用下各个截面的挠度情况和混凝土应变,获得该梁单元的静力承载力情况;同时利用有限元分析软件ANSYS建立预应力混凝土空心板梁单元的有限元模型,分析在不同荷载工况作用下梁截面的挠度和混凝土应变,试验分析结果和理论计算结果进行对比分析,以此进行已服役20年结构的耐久性能评估并对结构整体性能进行评定。     

服役预应力混凝土空心板梁抗剪承载性能

为分析服役多年的预应力混凝土空心板梁的实际抗剪承载能力及破坏模式,开展了先张法预应力混凝土空心板梁的试验研究和数值模拟.首先对某高速公路拆除的13 m空心板梁进行两点对称加载的破坏试验,然后利用有限元软件ABAQUS对加载全过程进行精细化数值模拟,分析了空心板梁的预应力损失以及后浇层、铰缝与预制梁间的黏结滑移行为对抗剪承载性能的影响,结果表明:服役近20 a的空心板梁抗剪承载力仍能满足规范的抗剪设计要求,并具有较好的延性,但安全富余量仅为6％;后浇层及铰缝对空心板梁抗剪承载力贡献达15％以上,但其与预制梁间的黏结滑移行为对抗剪承载力的影响较小;预应力损失虽会加快空心板梁的裂缝开展进程,但对抗剪极限承载力影响较小.     

高强钢筋高强混凝土预应力梁抗弯性能试验研究

通过对12根高强钢筋高强混凝土预应力梁的抗弯试验,观测试验梁的破坏现象和失效过程,研究混凝土强度等级、非预应力高强钢筋配筋率、预应力钢筋配筋率等因素对其抗弯性能的影响规律.试验结果表明,高强钢筋高强混凝土预应力适筋梁破坏过程包括开裂前阶段、带裂缝工作阶段和钢筋屈服后直至失效3个阶段,各阶段破坏模式与普通钢筋混凝土梁受弯破坏相似,均为延性破坏.混凝土强度等级以影响钢筋屈服后的抗弯性能为主,高强度等级混凝土试验梁的后期承载力下降较小.非预应力筋配筋率显著影响试验梁开裂后的抗弯性能,即相同变形时,配筋率越高承载力越高.相同张拉控制应力条件下,预应力筋配筋率越高开裂弯矩越大;相同弯矩作用下,预应力配筋率越高变形越小,其极限承载力也越高.     

单调荷载下体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能

基于3根模型梁试件的单调静力试验,对体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能进行了研究.研究表明:施加体外预应力可以有效提高组合梁的抗弯承载力,但试件的延性有所降低;试件纯弯段截面应变分布符合平截面假定;增大栓钉间距可以提高试件的极限变形能力,但对其抗弯承载力的影响不大;试件的抗剪连接程度越低,达到极限荷载时栓钉滑移值越大.结合试验并通过有限元建模,分析了混凝土强度等级、有效预应力、预应力筋线型、栓钉间距等对体外预应力组合梁受力性能的影响.最后,在考虑了预应力筋作用的基础上,提出了体外预应力组合梁抗弯承载力的简化计算方法,该方法可为体外预应力组合梁的设计计算提供参考.     

已服役20年的PC空心板梁有限元模型修正

服役多年的桥梁由于没有初始条件的有限元模型,也没有长期健康监测数据,因此通过有限元修正来对旧桥进行模拟分析一直是一个热点。基于某运营20年的预应力混凝土空心板梁的破坏试验以及ANSYS有限元模型,利用MATLAB径向基神经网络对有限元模型进行修正。首先以不同的结构参数条件下有限元模型跨中位移作为输入,以对应的箍筋、纵筋、钢绞线、混凝土的弹性模量及混凝土泊松比等结构参数作为输出,计算出有限元模型的设计参数。研究表明:服役20年的预应力混凝土空心板梁仍具有良好的刚度和弹性恢复能力;修正后的有限元模型与实际结构的物理状态非常接近,误差均在5%以内;修正后的钢绞线弹性模量与试验值吻合良好,证明修正结果的准确性和合理性。     

16m无筋预应力UHPC简支工字梁抗弯性能足尺模型试验研究

以国内首座无筋预应力体系UHPC桥梁——广州北环高速扩建F匝道桥16 m UHPC工字梁-普通混凝土桥面板组合梁为研究对象,进行四点弯曲下的足尺模型抗弯试验研究,测得各级荷载下梁的应变和挠度,以研究无筋预应力UHPC梁的抗弯承载能力,并与有限元计算值进行对比。结果表明:相对于普通钢筋混凝土梁,UHPC梁的开裂大大延迟;裂缝细而密; UHPC工字梁的跨中截面应变满足平截面假定;无筋预应力UHPC工字梁与普通混凝土桥面板之间界面滑移量极小,现浇板与UHPC梁之间连接良好。采用有限元模型对UHPC组合梁进行受力仿真分析,弹性模型在梁开裂前,荷载和变形与试验值吻合较好。结合试验研究和有限元分析,验证了该UHPC组合梁抗弯承载力满足设计要求。     

碳绞线体外预应力在桥梁中的应用

为解决混凝土桥梁中钢筋锈蚀引发的问题,采用CFRP筋中的碳绞线作体外束施加预应力.探讨了碳绞线体外预应力混凝土桥梁的结构特点和构造措施,以及该类桥梁中挠度、延性及抗弯、抗剪的计算分析方法.据此在淮安市的何圩桥中研究设计了一跨碳绞线体外预应力混凝土简支梁,并利用有限元法等对其延性和抗弯承载力进行了分析.研究表明,该桥的筋束应力、裂缝宽度、挠度、延性及极限抗弯承载能力各项指标均能满足设计要求.碳绞线体外预应力桥梁发展前景看好.     

先张后粘FRP的钢筋混凝土构件抗弯能力分析

针对钢筋混凝土结构外贴FRP进行加固时，FRP材料利用率较低的情况，采用对FRP先张拉再粘贴的办法，以提高构件使用阶段的性能、极限承载力和FRP强度利用率。在试验研究基础上，研究先张后粘FRP加固钢筋混凝土受弯构件的各种破坏类型、加固构件有效预应力、消压弯矩和开裂弯矩的计算方法；分析预应力FRP-RC复合截面多种可能的受弯极限应变组合状态，由界限破坏得出界限配纤率和界限弯矩；根据混凝土最大压应变得出FRP拉断相应的不同极限承我力表达式和混凝土压碎破坏时的极限承载力公式。研究结果表明，试验梁极限荷载计算值与实测值较吻合；所得出的抗弯分析方法和计算公式可供内嵌预应力FRP加固设计参考。     

PC宽浅腹T梁计算方法与弯曲力学行为

针对预应力混凝土(PC)宽浅腹T梁设计和应用中存在的问题,建立了确定PC宽浅腹T梁截面基本特性的计算方法和20 m跨径PC宽浅腹T梁桥的工程模型。采用经试验验证的数值模拟方法对选定的PC宽浅腹T梁的弯曲力学行为开展研究,揭示PC宽浅腹T梁在不同设计参数下的力学响应与空心板的协同工作性能,以及不同日照角度作用下的变形受力机理,并获取其抗弯性能响应规律和日照作用下的温度效应反馈特点。研究结果表明:建立的计算方法能够对PC宽浅腹T梁截面的基本参数进行快速计算;提高钢筋强度可有效提升PC宽浅腹T梁在屈服阶段的抗弯刚度和抗弯承载力,但仅提高混凝土强度或仅提高张拉预应力对梁体的全过程抗弯刚度和抗弯承载力的影响较小;PC宽浅腹T梁具备与空心板梁协同工作的性能,可用于替换病害严重的空心板梁;在日照大温差作用下,PC宽浅腹T梁会在跨中产生较大的弯曲上挠,并对主梁接缝处产生较大的拉应力,须增强其横向连接刚度,推荐采用增设钢筋网来改善接缝处开裂问题;PC宽浅腹T梁腹板内的温差应力分布形式呈指数函数,腹板局部温度分布较PC高薄腹T梁更为均匀;提出的温差应力分布公式简洁方便,易于工程应用;提出的设计建议可为此类桥梁的全寿命建造与安全运营提供理论依据。     

体外预应力CFRP筋混凝土梁正截面抗弯试验研究

为研究体外预应力CFRP筋混凝土结构的正截面抗弯特性,研制了CFRP后张预应力筋夹片式锚具,对1片体外CFRP筋直线布置体外预应力混凝土梁和2片体外CFRP筋曲线布置体外预应力混凝土梁进行了正截面抗弯试验研究.试验结果表明:体外预应力CFRP筋混凝土梁受力过程与体外预应力钢筋混凝土梁有较多相似之处;跨中设一转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁的开裂荷载和极限承载力均比不设转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁要大,而跨中极限挠度则比不设转向块的体外预应力CFRP筋混凝土梁要小.在跨中设置转向块,可有效提高体外预应力CFRP筋混凝土梁的极限抗弯承载能力.按所推导的体外预应力CFRP筋混凝土梁的极限抗弯承载力理论公式,计算值与试验实测值吻合良好.     

铰接预应力混凝土空心板梁桥的空间受力行为及加固分析

为研究铰接预应力混凝土空心板梁桥沿铰缝产生裂缝的病害机理及其加固方案,以某装配式空心板桥为背景,通过利用实体单元对包括企口铰缝在内的准确模拟,建立空间有限元模型进行数值分析.通过分析控制截面处相关应力值,得出铰缝处横向应力超标为产生此病害的主要原因;在此基础上,提出采用增设横向预应力体系进行加固和改善桥梁横向受力的2种...     

基于损伤模型的聚碳酸酯板桥异常裂缝成因分析及处置

预应力钢筋混凝土简支板桥由于自身结构简单、便于施工、较强的适应性以及较为经济等优点,如今仍被用作桥梁首选的桥型设计之一。但其也存在一些不足之处,许多桥梁在通车不久就相继出现不同的病害,其中梁板横向裂缝与纵向裂缝病害较为常见,将会对桥梁结构的安全性及耐久性产生较大影响。以一个先张法预应力混凝土空心板桥梁作为依托工程,分析了该桥梁端异常横缝产生的原因,通过有限元分析软件ABAQUS建立单梁的1/4模型进行分析,探讨预应力空心板梁在超载及预应力逐渐损失的情况下,对梁端产生横向裂缝的影响。结果表明:随着荷载的增大和预应力的不断损失,梁端附近混凝土损伤较为严重,且应力应变最先达到最大,先于其他部位出现开裂。在此基础上,通过TRM加固方法对损伤梁进行加固处理,整体承载能力显著提高,破坏形态明显改善。     

基于预应力混凝土空心板桥荷载试验研究

为了检验空心板桥的施工质量是否符合设计要求,保证桥梁使用的安全性,对预应力空心板桥进行了荷载试验(静载试验).介绍了试验原理,加载方案,得到了静载试验的结果.     

有腹筋预应力超高强混凝土梁受剪承载力试验研究

为揭示有腹筋预应力超高强混凝土梁受剪性能,通过11根预应力超高强混凝土梁和4根预应力普通混凝土梁受剪性能试验,对比分析了不同参数对试验梁的破坏形态、荷载-挠度曲线、承载能力和钢筋应变的影响.结果表明:预应力超高强混凝土梁的破坏形态与预应力普通混凝土梁相似,且预应力超高强混凝土梁具有更好的刚度、承载能力和剪切延性.增大剪跨比和箍筋间距均可降低极限承载力,另外,当预应力度大于0.34时,提高预应力度对极限承载力才有积极贡献.建立了有腹筋预应力超高强混凝土梁斜截面受剪承载力的计算公式,计算结果与试验结果吻合较好.此外,利用现行规范(GB 50010-2010)计算有腹筋预应力超高强混凝土梁受剪承载力的计算结果离散性较大,计算结果不稳定.     

预应力钢-混凝土组合双向楼板的非线性有限元分析

利用非线性有限元方法，对预应力钢－混凝土组合单向楼板和双向楼板进行了空间受力全过程分析，并通过改变预应力筋配置进行了参数讨论，分析结果说明，相对于钢－混凝土组合单向楼板，组合双向楼板的承载力可以提高133％，刚度可以提高66％，而施加预应力后，承载力还可以继续提高，钢－混凝土组合双向楼板是一种非常有前途的结构形式。     

预制空心板桥梁格模型的荷载试验验证

以某预应力空心板桥为例,采用梁格法建立有限元模型,用荷载试验实测数据对其挠度计算值及其挠度横向分布进行对比验证。可为空心板桥建模精细化提供参考。     

高效预应力叠合板的试验研究

针对预应力叠合板工程应用中两方面的问题进行了研究：一方面通过增设钢筋桁架增加叠合前预应力薄板的刚度和承载力以增加其适用跨度;另一方面通过钢筋桁架提高预应力薄板和后浇混凝土交接面的抗剪承载力,并利用空心成孔管减轻叠合板自重。首先通过理论分析提出了新型叠合板在叠合前的刚度和承载力计算公式,通过足尺模型试验验证了钢筋桁架提高预应力薄板刚度和承载力的效果,并初步验证了理论分析所得刚度和承载力公式的可靠性。     

碳纤维增强复合材料编织网混凝土梁试验研究

将碳纤维增强复合材料（CFRP）编织成正交网格,并经环氧树脂胶固化形成受力骨架,代替钢筋混凝土梁中的钢筋,以解决普通钢筋混凝土中钢筋易锈蚀的问题。通过对3根不同配筋率的CFRP编织网混凝土梁的弯曲性能试验,观察在各级荷载作用下构件的应变变化、挠度发展、破坏过程及破坏特征,对其受弯承载力及抗弯刚度等弯曲性能进行分析。试验结果表明：CFRP编织网与混凝土有良好的粘结性能,二者协同受力性能良好;破坏前,试件有明显的塑性变形,有明显的破坏预兆,延性性能较好;随着配筋率的提升,构件承载能力、抗弯刚度较大幅度提升。试件破坏时,CFRP编织网纵向受力筋均未达到其抗拉强度,故在以后的试验中可对编织网的纵向受力筋施加一定的预应力,以提高CFRP编织网的利用率。     

预应力混凝土空心板梁静载试验分析

介绍了某市城际干道梁场内20 m预应力混凝土空心板简支单梁静载试验过程,试验结果及数据分析表明该试验方法简单有效,能够充分评估存在麻面、尺寸缺陷梁体的整体抗弯性能,并能反映梁体顶底板尺寸缺陷,可以为同类桥梁检测评估工作提供有益借鉴.     

斜交空心板桥拼宽结构承载力试验研究

以凤山分离立交大桥拼宽结构1∶6.05比例模型为例,进行斜交空心板梁桥拼宽结构静载全过程试验研究,并结合有限元分析斜交空心板梁桥拼宽结构的极限承载力和破坏机理.研究表明:在中跨跨中对称荷载作用下,跨中纵向接缝破坏主要由弯拉作用引起,支座位置处的纵向接缝破坏主要由接缝两侧位移差产生的剪切力引起,在边跨靠近内支承侧的钝角处容易产生平行于钝角角平分线的裂缝.有限元模拟基本反映了斜交空心板梁桥拓宽改造的特点,模拟结果与试验结果的破坏形态大致相同,极限承载力大小相近.