装配式空心板梁桥铰缝损伤评估方法

目的推导一种装配式空心板桥铰缝损伤后跨中截面荷载横向分布系数的计算方法,解决装配式空心板梁桥铰缝损伤程度量化评估问题.方法基于传统铰接板梁法理论,以铰缝抗剪刚度的大小来表征铰缝的损伤程度,引入了一个空心板铰缝协同工作系数φ,并建立了其与铰缝抗剪刚度的模型关系以及与铰缝剪力抗力值、剪力效应值的功能函数关系,从而在正则方程中考虑铰缝损伤对荷载横向分布系数的影响,得到装配式空心板梁桥铰缝损伤的评估模型,计算其跨中截面荷载横向分布系数,并与实桥数据、有限元法(ANSYS)及传统铰接板梁法的计算结果进行对比.结果铰接板梁法计算结果与实桥数据相比其相对误差在5.9%～20.5%;ANSYS有限元法计算结果误差在2.7%～4.4%;修正铰接板梁法计算结果最大相对误差仅为2.7%.结论量化评估方法能够较好地适用于装配式空心板梁桥荷载横向分布系数的计算,计算结果与实桥数据较为接近,为实际工程中装配式空心板梁桥受力状况的评估可提供参考.     

正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区抗弯性能分析

为探究正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区的抗弯性能，对3块正交异性钢-混凝土组合板进行了抗弯静载试验和非线性数值分析，研究了不同因素对混凝土负弯矩开裂荷载和组合板整体抗弯极限承载力的影响.结果表明：正交异性钢-混凝土组合板呈现典型的弯曲破坏形态；当钢纤维体积分数为1%时，钢-混凝土组合板开裂弯矩的提升率最大，但钢纤维体积分数的改变对整体抗弯极限承载力影响较小；正交异性钢-混凝土组合板的开裂弯矩与正交异性钢板强度无关，极限弯矩则随钢板强度的增加而增大；增加混凝土板厚能提高组合板开裂弯矩和极限弯矩，当混凝土板厚度与正交异性钢板高度比值为0.8时，开裂弯矩的提升率最大.     

装配式斜交空心板桥横向预应力加固

利用ABAQUS软件建立装配式斜交空心板桥的有限元模型,通过实桥荷载试验验证了该模型的准确性,并分析了影响铰缝强度的不利荷载作用,结果显示负梯度温度场和车辆荷载的共同作用会导致桥梁铰缝开裂。为避免只在桥梁底板施加横向预应力使铰缝上缘出现拉应力的风险,提出在空心板底面和顶面的直线部位及斜端部三分之一处分别施加横向预应力的炭纤维板加固方案。仿真结果表明,该方案能增强各空心板之间的横向传力作用,避免了单板受力,提高了装配式斜交空心板桥的整体承载性能,加固效果明显。     

基于协同工作系数的空心板桥铰缝性能评估

为量化评估混凝土空心板桥铰缝性能,采用Midas软件建立19.6 m跨径的空心板桥有限元模型,对跨中部位不同损伤程度的铰缝进行数值模拟,得到相应工况下板梁的横向分布影响线,提出基于铰缝协同工作系数的铰缝性能判别方法,可将铰缝状态划分为完好、轻微损伤、中等损伤、严重损伤、完全失效等5个等级.同时建立了铰缝协同工作系数与损伤度、错台、开合及挠度比等指标的数学模型,应用于实际桥梁的铰缝性能评估.     

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...     

UHPC华夫桥面单向板的荷载有效分布宽度及抗弯承载力计算方法

为了研究UHPC华夫桥面单向板的荷载有效分布宽度及其抗弯承载力的计算方法,采用ANSYS软件建立了41组华夫板有限元模型.通过数值分析研究了华夫桥面单向板横向跨径、纵横肋尺寸与布置、荷载作用面积及支承条件对其弹性和塑性阶段荷载有效分布宽度的影响.考虑横向跨径和横肋间距,拟合了华夫桥面单向板荷载有效分布宽度的计算公式.基于平截面假定,推导出华夫桥面单向板抗弯承载力计算的有效分布宽度法.研究结果表明,固支华夫桥面单向板的荷载有效分布宽度较简支板小30％ ～ 50％.当华夫桥面板横向跨径L、肋宽br、纵肋间距S1、横肋间距St及车轮荷载面积a1b1满足以1＜S1-br,b1 ＜St-br,St≤0.6L时,建议使用所提公式来计算荷载有效分布宽度,且计算结果与试验结果吻合良好.     

装配式T梁桥汽车荷载效应的空间分布特征

为探讨汽车荷载作用下跨径、桥宽对装配式预应力混凝土简支T梁桥汽车荷载效应的影响,以交通部2008年T梁桥通用设计图为背景,利用实体有限元模型对比分析了25m、30m、35m三种跨径和9.0m、11.25m、13.5m、15.75m和18m五种桥宽下的竖/横向位移、竖/横向弯矩、纵向应力和扭转角,并与T梁桥实用空间解析解进行了对比分析。通过分析发现：汽车荷载作用下装配式T梁会同时出现竖向和横向挠曲变形,竖向荷载效应随桥梁宽度的增加而近似线性减小,但其横向形变效应会受桥梁跨径、宽度、布载形式等多种因素影响;当装配式T梁桥的所有T梁均使用边梁的设计活载效应时,T梁最大应力的解析结果能包络T梁的活载横向挠曲效应,但当跨径超过30m后中梁活载应力最大值可能会超过刚性横梁法的计算结果;T梁的侧向弯曲会显著增加截面中性轴附近的拉应力,且随着跨径的增大梁体侧向弯曲引起的中性轴位置处应力越大,T梁腹板外侧的分布钢筋最好能按照T梁腹板承受的横向弯矩大小设计为受力钢筋,并减小钢筋间距以更好地防止T梁腹板的竖向开裂。     

大宽跨比T梁桥的改进空间梁格算法

由于目前“G-M法”（比拟正交异性板法）计算主梁内力较复杂繁琐,为了更快速精确的计算大宽跨比,多横隔梁以及主梁较为密集的T梁桥主梁内力效应,提出了基于受压翼板有效宽度的大宽跨比T梁桥改进空间梁格算法。该方法通过有限元软件建立空间梁格模型,基于T形梁受压翼板有效宽度原理,精确考虑横隔梁与主梁顶板协同受力完成荷载横向传递时的横桥向横隔梁翼板有效宽度,对梁格模型中的横隔梁进行横隔梁-桥面板的截面等效换算,保证沿桥横向翼板内的应力分布均匀,模拟实桥横向联系。分别采用“G-M法”和本文方法计算分析桥宽20 m、24 m,跨径20 m、28 m、35 m的4种算例的装配式简支T梁桥主梁跨中弯矩,对比分析发现：1）改进空间梁格法与比拟正交异性板法吻合较好,误差均在±5%左右,精度较高;2）改进空间梁格法相比“G-M法”无需复杂的插值和查表,只需要借助简单的有限元模型,能快速高效的对主梁结构内力进行计算,操作方便,效率高;3）改进空间梁格法对大宽跨比,多横隔梁以及主梁较为密集的T梁桥结构内力计算结果更可视化,更能精确直观的反应受力后的整体结构响应。     

混合桥面横向连接构造静力性能

将大跨度桥梁外侧车道及车道以外部分桥面的正交异性钢板替换为超高性能混凝土（UHPC）华夫板而形成混合桥面系统,提出连接2种桥面的横向连接构造。对横向连接构造进行静力弯曲试验和理论分析,得到正、负弯矩作用下的破坏模式、极限承载力、抗裂性能、两侧桥面的协同受弯性能。最后,给出了考虑UHPC开裂后残余应力的断面塑性极限承载力计算方法。结果表明：该横向连接构造有较好的塑性变形能力并协同两侧桥面共同受力,弹性阶段横向连接构造两侧的正交异性钢板和UHPC华夫板断面应变符合平截面假定。由提出的断面承载力理论计算方法预测的正弯矩作用试件极限承载力误差在8%以内,负弯矩作用试件承载力由板件局部屈曲控制,断面承载力理论计算方法须考虑局部稳定的影响。     

分离式空心板梁桥的荷载横向分布系数计算方法

为推动新型分离式空心板梁桥的工程应用,提出针对该桥型的荷载横向分布系数计算方法。选取主梁间距、桥梁跨径、桥宽和梁高作为影响桥梁横向受力性能的参数,采用ABAQUS有限元软件计算不同参数组合的分离式空心板梁桥结构在单车道和多车道荷载作用下的弯矩和剪力横向分布状况,探究关键参数对荷载横向传递的影响规律;通过非线性回归分析法拟合得到弯矩和剪力横向分布系数在不同荷载工况下的计算公式。实桥算例验证结果表明,该方法计算结果可信,具有一定的安全度,能够较好地满足工程设计的要求。     

基于改进三弯矩方程的钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度研究

为简便估算恒载作用下钢-混凝土混合梁变截面连续梁合理钢箱梁长度,基于现有三弯矩方程推导了适用于变截面连续梁的改进三弯矩方程,建立了基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩简化计算方法,并采用MATLAB软件编制了计算程序。构建了不同跨径的变截面钢-混凝土混合连续梁桥标准结构,运用改进三弯矩方程分析了恒载作用下不同跨径钢-混凝土混合连续梁桥关键截面弯矩随钢箱梁段长度变化的规律,建立了主跨跨径150m~300m间钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度预估公式。不同跨径的钢-混凝土混合连续梁的墩顶负弯矩和跨中正弯矩均随钢箱梁段长度的增大而减小;主跨跨径150m、200m、250m、300m的变截面钢-混凝土混合连续梁桥钢箱梁段长度与主跨跨径的比例分别为0.35、0.40、0.40、0.45时,主跨跨中正弯矩减小趋势变缓;研究结果表明：基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩计算结果与有限元计算结果的偏差小于10%,可便捷且准确地计算恒载下变截面连续梁弯矩;预估公式计算得到的钢箱梁段合理长度与实桥使用的钢箱梁段长度之间的误差在12.5%以内,预估公式具有良好适用性。     

混凝土空心板梁铰缝损伤研究

为了研究20m跨径的混凝土空心板梁桥在极限状态下的破坏模式,通过8 m缩尺梁替代20 m原型梁,并通过有限元分析和单梁静载试验验证其合理性。对8m缩尺空心板梁进行单梁及三片梁铰接体系静载结构试验,揭示了板梁损伤及铰缝损伤劣化规律。试验结果表明:8m缩尺梁可以在一定程度上反映出20m原型梁结构的力学性能规律。荷载作用下中梁跨中产生的下挠和应变最大,板梁产生损伤后将迅速发生破坏。铰缝未产生严重损伤前,板梁的挠度、梁底应变与荷载呈线性变化关系;达到严重损伤刚度发生转变后,则呈非线性变化,且铰缝的开合和错台数值发生较快增长。     

基于车桥耦合振动的空心板桥铰缝损伤评价指标分析

铰缝损伤是装配式混凝土空心板桥的典型常见病害,研究基于交通荷载下结构动力响应的铰缝损伤判别方法,将大幅降低检测耗时和费用。以典型桥例,应用自编的车桥耦合振动分析程序,针对多种典型的铰缝损伤工况,采用数值方法系统地分析了铰缝损伤对车载下桥梁动力响应的影响。结果表明铰缝损伤对桥梁跨中动力响应峰值及其横向分布有明显影响。通过对损伤前后桥梁动力响应变化特征的量化分析,提出了铰缝刚度和加速度幅值比两个铰缝损伤的评价指标,并通过算例进行了初步分析验证。研究结果可为空心板桥铰缝损伤检测与评价提供一种新的技术思路。     

16m预应力空心板施工工艺及操作要点

16m预应力空心板一般都是底板正弯矩张拉,预制安装后进行板端部纵横向钢筋网搭接及横向绞缝施工。也有的将16m预应力空心板顶板预埋钢筋,先简支后连续进行负弯矩施工。为了提高空心板桥梁承载能力,预防桥墩处桥面铺装混凝土开裂。在不改变16m预应力空心板标准图各部位尺寸的前提下,在施工中将标准图各部位尺寸与顶板齿板设计简图科学合理地组合,反复摸索试验,解决了16m预应力空心板顶板张拉槽的预留及顶板使用钢绞线进行的负弯矩施工。     

均布荷载作用下连续梁的跨差与弯矩的变化关系探讨

在设计中当等截面连续梁的计算跨度相差不超过10%时,可用等跨的图表来进行内力计算.针对这一问题,对于均布荷载作用的情况,采用弹性理论计算方法,对跨差达到20%范围内的弯矩进行分析,并结合可变荷载与永久荷载比值的范围,用计算数据说明,正截面设计中可在更大的范围内采用等跨的图表进行计算.     

FRP-混凝土-钢双壁空心管的截面弯矩-曲率全曲线

为研究纤维增强复合材料(FRP)-混凝土-钢双壁空心管的抗弯性能,完成了3根试件的抗弯试验。采用条带法计算了3个试件和12个双壁空心管计算模型的截面弯矩-曲率曲线;推导了双壁空心管受弯承载力理论计算式。结果表明:该种双壁空心管受弯时,受拉区的FRP管环向受压、受压区的FRP管环向受拉,跨中挠度达到跨度的1/24时承载力尚未下降。在试验、数值计算和理论计算结果的基础上,提出了该种双壁空心管受弯承载力简化计算式,建立了以弯曲刚度表示的该种双壁空心管截面弯矩-曲率关系三折线模型。     

梁式桥利用实测挠度值推算应力大小方法探讨

当前T梁、空心板以及等截面连续梁桥等的结构荷载试验比比皆是,要正确评定此类结构的承载能力,试验现场受条件的限制,准确测试梁的应变是困扰广大检测工程技术人员的难题.利用实测梁的变形来推算梁的应力方法可行,从理论上推导了简支梁、两端固结梁、两端固结梁、三跨连续梁分别在集中力、均布力的作用下的变形与应变关系式.利用某三跨等截面连续梁进行试验验证,第二跨实测与计算值应力与变形比分别为0.018 309、0.018 669,两者相差1.93%,第一跨、第三跨跨中应变和挠度比在0.018 750-0.019 607之间,与第二跨跨中的应变挠度比较为接近.推导变形与应变关系式可为T梁、空心板结构荷载试验的应变(动挠度)测量提供参考.     

后结合预应力组合梁桥的抗裂性能试验

为研究后结合预应力组合梁桥的预压应力分布和负弯矩区抗裂性能，设计2根连续组合试验梁，其中一根为负弯矩区设计成全预应力混凝土板的后结合组合梁，另一根为无预应力的普通组合梁。测试了试验梁在张拉预应力筋和静力加载过程的受力性能，得到负弯矩区截面的应力状态和裂缝分布。试验表明：因钢梁和混凝土板不连接，预压应力由混凝土板承担且混凝土截面的预压应力沿着横向的分布不均匀。后结合预应力组合梁的初始开裂荷载和群钉孔外的开裂荷载分别是普通组合梁的3.1和5.0倍。后结合预应力组合梁抑制裂缝沿着横向贯穿混凝土板，提高了负弯矩区的抗裂性能。混凝土平均裂缝间距约等于横向钢筋间距。后结合预应力组合梁在开裂后的受力状态与普通组合梁类似。     

组合桥面板疲劳荷载后剩余承载力试验研究

为了研究高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的剩余承载力,设计制作了两个足尺的正交异性高性能混凝土组合桥面板,通过疲劳和静力加载试验测试了正交异性组合桥面板的静力承载能力、破坏形态与疲劳后剩余极限承载力。试验结果表明：正交异性高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的静力破坏形态为受弯破坏,试件达到极限状态时中支点截面U肋屈曲,受拉钢筋屈服,负弯矩区混凝土板开裂严重,组合桥面板的受力性能发生退化。经过疲劳加载后的桥面板的剩余极限承载力较没有经过疲劳加载的桥面板承载力下降了约11.6%。基于钢筋混凝土黏结滑移理论推导了适用于疲劳荷载作用后的高性能混凝土组合桥面板平均裂缝间距计算公式。对比试验结果,所提出的平均裂缝间距计算公式具有良好的精度,可为实际工程应用提供理论参考。     

正交异性钢-RPC组合桥面板弯拉强度的实验研究

正交异性钢桥面一直面临疲劳开裂和铺装损坏的严重问题.为了改善桥面板受力状态,提出了一种新型的正交异性钢板薄层活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系.通过纵向足尺节段实验和横向受弯实验,表明新型组合桥面体系的抗弯拉强度远大于设计荷载下的拉应力,而重量与传统铺装持平.横向受弯实验结果证明,截面配筋率和截面有效高度对组合桥面结构抗弯拉强度影响很大,截面配筋率提高一倍和两倍,RPC的抗弯拉强度分别提高15%和40%.同样,截面有效高度增大20%,不同截面配筋率下RPC的抗弯拉强度提高30%～50%.因此,提高截面配筋率或截面有效高度能大幅降低组合桥面结构开裂破坏的风险.