公路钢筋混凝土桥梁的体外预应力加固技术

体外预应力技术属于后张预应力体系的一个分支,属于无粘结预应力结构技术的范畴,其对在混凝土截面以外的预应力筋做张拉,应力向混凝土的传递是通过体外端部锚具及转向块来实现的。因为体外预应力加固技术施工简单、不增加结构自重、提高桥梁承载力效果好,而且可以有效改善结构性能及控制裂缝的发展,所以在桥梁加固工程中应用十分广泛。本文就针对公路钢筋混凝土桥梁体外预应力加固技术做出研究。     

预压装配式预应力混凝土框架梁端延性特征及耗能能力

文章通过一榀一跨三层预压装配式预应力混凝土框架在低周反复荷载作用下的试验研究,探讨了预压装配式预应力混凝土框架梁端的受力性能、滞回曲线、延性特征及耗能能力等抗震性能。试验研究表明,框架梁端组合截面发生弯曲破坏时,梁截面中和轴位置稳定,截面变形符合平截面假定;梁端截面仅依靠预应力筋承受弯矩,截面延性系数在3.64~5.62之间,具有较好的转动能力和延性;在跨中竖向荷载持续作用下,梁端负弯矩产生的曲率恢复滞后,残余变形产生积累效应。     

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.     

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.     

CFRP配筋活性粉末混凝土梁延性和变形性能

在对不同参数CFRP配筋活性粉末混凝土梁受弯性能试验研究的基础上,对CFRP配筋活性粉末混凝土梁的延性和变形性能进行了研究,并采用数值分析对CFRP配筋活性粉末混凝土梁的延性性能进行了参数分析.试验和分析结果表明:与CFRP配筋普通混凝土梁相比,CFRP配筋活性粉末混凝土梁具有良好的延性和变形能力;提出的荷载-挠度曲线下降段斜率公式能较好地反映出结构实际受力情形,由此计算的基于能量定义的延性指标与试验值吻合较好;采取增大混凝土极限压应变、增加预应力筋无黏结长度、增大受压钢筋的配筋率或降低有效预应力均能有效增大发生混凝土压碎破坏CFRP配筋RPC梁的延性和变形能力.     

一般大气环境中混凝土桥梁长期受力性能分析

一般大气环境中混凝土桥梁性能衰变与碳化和受力作用引起的材料损伤有较大的相关性.为定量分析这两种作用对混凝土桥梁长期性能的影响,总结归纳了材料损伤的数学模型,建立了混凝土桥梁长期性能演变分析方法,并编制了相应的有限元程序.以一座预应力混凝土简支梁为分析对象,研究模型梁在一般大气环境下的长期性能演变规律.结果表明,碳化作用和受力作用均对桥梁长期性能产生明显的影响,使截面有效受力面积减少,结构受力性能衰变;综合考虑碳化作用和受力损伤时跨中断面的截面损失率、挠度和抗弯承载力退化均大于仅考虑碳化作用时的情况.     

基于钢束应力测试的预应力混凝土箱梁承载力评估方法

为了解决在役开裂损伤预应力混凝土箱梁桥安全性能的量化评估问题,在局部预应力钢束有效预应力测试的基础上,开展开裂损伤预应力混凝土箱梁桥承载力评估方法研究。首先,基于参数识别与修正思想,将预应力瞬时损失中的摩阻损失和反摩阻损失值用摩阻损失相关参数表示,提出一种基于表层钢束应力推定内层钢束应力的方法,解决预应力混凝土桥梁钢束沿程实际应力分布的量化表达问题。其次,考虑截面受拉区混凝土抗拉强度影响,推导考虑受拉区混凝土开裂影响的截面分析迭代公式,提出迭代求解方法和步骤。最后,开展3片实梁足尺模型试验,采用预应力钢索张力测试仪对开裂损伤的试验梁跨中截面表层钢束进行了应力测试,并将提出的方法应用于钢束有效应力预测,得到了跨中截面所有钢束的应力推定值。进行了桥梁极限承载力试验,得到全过程加载下的结构受力与变形实测值及破坏模式,并将理论算法与试验测试结果进行对比分析。研究结果表明:各级荷载下的试验梁应变理论计算值与试验测试值具有较好的一致性,提出的钢束应力预测方法和截面分析方法能准确反映开裂损伤预应力混凝土箱梁的力学特征,可用于开裂损伤的预应力混凝土箱梁桥运营期间承载能力的量化评估。     

某在役预应力混凝土简支工字梁实桥动静载试验

为测试某在役预应力混凝土简支工字梁桥在服役期间的的承载能力能否达到规范标准.采用荷载试验的方法,研究桥梁结构在静载作用下主要控制截面受力变化.并以某在役预应力混凝土简支工字梁实体桥梁为研究对象,简要介绍简支工字型桥梁在荷载试验过程中所涉及的基础理论,试验原理,测点布置,加载方式等.结合静载和动载试验的结果对桥梁的静力和动力性能进行可靠性分析,研究其在服役期间各项性能指标能否达到要求.为此类预应力混凝土简支工字梁桥在今后的质量评估提供参考价值.     

预应力混凝土梁桥火灾损伤分析与评定

为了分析火灾后预应力混凝土梁桥结构损伤,评定灾后桥梁安全性,本文根据应急管理要求,制定了火灾后混凝土梁桥检测评定工作流程,归纳了重点和难点。首先,通过火场调查、混凝土外观检查和烧失量检测,推定构件表面最高温度。然后,采用有限元法分析桥梁构件温度场,并探讨不同温度下混凝土材料性能损伤劣化规律,提出火灾后混凝土构件截面损伤等效代换方法,给出了截面损伤量化公式。最后,结合桥梁静载试验结果,对火灾后预应力混凝土梁桥安全性能进行评定。结果表明:三面受火下混凝土T梁马蹄处温度场成指纹线分布,且温度沿着深度方向成非线性递减,有限元法计算得到的梁体表面温度与外观检查、烧失量推定结果基本一致。当量升温时间为60 min时,混凝土损伤沿表面深度逐渐递减,预应力钢筋工作性能未发生明显改变,火灾对梁体整体刚度影响不大。本文所提出的构件温度场检测分析方法和截面损伤等效计算方法可为类似桥梁火灾后检测评估提供参考。     

梁桥在特种车辆荷载下结构安全评估

以某跨庞184.9 m的预应力混凝土分体箱梁桥为研究背景,在特种车辆荷载的作用下主要对现有桥梁结构安全弼进行评估分析.结合工程实践,采用有限元软件Midas/civil 2018,分析了特种车辆荷载通行时,对桥梁承载力的廥响.选择桥梁结构中主要的力学参数:正截面承载力、斜截面承载力、变廝和应力进行了系列验算.研究结果表明,控制弼截面的各种承载力可以满足特种车辆荷载通行要求,变廝和应力符合要求.     

预应力混凝土桥墩抗震模型实验与性能分析

基于以往的试验研究进行室内振动台试验,模拟分析了钢筋混凝土墩及预应力墩的抗震性能.与普通钢筋混凝土桥墩相比,预应力钢筋利用预应力的高强弹性提高了墩柱的延性性能,降低了残余位移.由于预应力的存在,使得墩柱刚度较普通混凝土墩大,墩顶位移减小,墩底应力降低,能承受更大的地震加速度波.     

预应力混凝土低高度梁桥结构形式比较研究

对双预应力结构、双面配筋预应力结构、二次预应力结构和常规预应力结构低高度梁桥进行对比设计,分析了不同结构形式低高度梁桥的受力性能、变形性能和经济性.结果表明:优化结构形式和预应力布置可以显著改善预应力混凝土低高度梁桥的结构性能;二次预应力结构克服了双预应力结构与双面配筋预应力结构的不足,与常规预应力结构相比,在降低梁高的同时,大幅度减小了梁的徐变上拱值50%以上,并节省预应力筋10%以上,具有明显的技术经济优势.     

钢管混凝土拱—钢腹板PC箱型系梁组合桥梁

为减轻钢管混凝土拱梁组合体系桥的自重,提出了采用钢腹板(平钢腹板或波纹钢腹板)代替PC箱形系梁的混凝土腹板,从而形成钢腹板PC箱形系梁。以一座已建成的钢管混凝土拱梁组合体系桥为原桥,进行了钢腹板PC箱形系梁的试设计研究。结果表明,试设计桥由于减小了自重下的内力,降低了面内自振频率,从而改善了原桥的静力和抗震性能。此外,试设计桥经济性好且方便施工,说明钢管混凝土拱—钢腹板PC箱型系梁组合桥梁是可行的。     

震区中小跨径桥梁墩柱配筋率取值范围

为研究配筋率对钢筋混凝土桥梁延性抗震性能的影响,并在不同设防烈度对主筋配筋率的合理取值进行细分。以钢筋混凝土桥梁为研究对象,通过拟静力模型试验与有限元数值分析的方法,研究竖向钢筋(主筋)配筋率对桥墩延性的影响,提出典型桥墩的多级性能水平量化指标;并探究在氯离子侵蚀的恶劣环境下,不同配筋率对桥梁抗震性能所带来的影响,从而对氯离子侵蚀环境下的震区中小跨径桥梁墩柱配筋率取值范围提供参考建议。结果表明：考虑氯离子侵蚀作用下的恢复力模型能够较好地反映刚度的退化特性,墩柱的最佳配筋率取值范围为1.11%～2.72%;当加速度为0.3g(g为重力加速度)时,仅从配筋率的角度已无法满足墩柱的损伤指标,建议采用减隔震体系进行抗震设计,如采用延性体系时配筋率不得小于2.64%。研究结果可为中小跨径连续桥梁抗震设计提供参考。     

预应力混凝土框架结构“强柱弱梁”设计方法研究

针对预应力混凝土框架梁设计方法的特殊性,本文以8度区(0.2g)抗震等级为二级的多层多跨预应力混凝土框架结构为例,研究规范对预应力混凝土框架结构柱端弯矩增大系数取值的合理性,提出以梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩的方法进行预应力混凝土框架结构设计.分别以梁端地震组合弯矩和梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩设计8榀预应力混凝土框架,在OpenSees中建立其基于纤维梁柱单元的数值分析模型,并对其进行静力弹塑性分析与动力时程分析.研究表明:按现行规范设计的预应力混凝土框架结构,在罕遇地震下底层柱端出铰严重,提高其柱端弯矩增大系数,可以有效地改善结构屈服机制;04规程中柱端弯矩增大系数的取值偏小,规程修订时应给予适当提高,对抗震等级为二级的预应力混凝土框架结构,其柱端弯矩增大系数的取值≥2.0;本文建议二级PC框架按梁端实际抗震受弯承载力调整柱端弯矩,其取值为1.4.     

耗能腋撑对钢筋混凝土框架抗震加固性能分析

为了减小强烈地震作用下钢筋混凝土框架梁柱节点的损伤破坏,在不影响建筑使用空间的前提下,提出在梁柱节点区附近设置耗能腋撑,改善框架结构的抗震性能.以一榀普通单层钢筋混凝土框架结构为研究对象,耗能腋撑采用防屈曲支撑,对框架结构进行低周反复数值模拟试验研究,并变化耗能腋撑布置方式,研究耗能腋撑对框架抗震性能影响.计算结果表明,带耗能腋撑框架滞回曲线饱满,框架结构的强度与刚度退化得到减缓,延性系数提高了53%;随着耗能腋撑与梁端距离或夹角的增大,框架结构的初始刚度与承载力均得到提高,两者分别提高了48%和39%,其延性系数最大可达到8.66;而耗能腋撑与梁的夹角对框架结构的刚度退化系数影响并不显著.耗能腋撑有效地改善了钢筋混凝土框架的抗震性能.     

基于震害指数的预应力混凝土扁梁框架节点抗震性能评估

基于预应力混凝土扁梁框架节点拟静力实验研究结果,对国内外较常用评定结构抗震性能优劣的技术指标-粘滞阻尼系数、延性系数和震害指数进行了计算.根据计算结果,对3个评定指标进行比较和分析.首先分析了粘滞阻尼系数和延性系数的优缺点,随后介绍了震害指数在评定结构抗震性能的优越性,并在此基础上提出了震害指数研究的发展方向和建议.     

世构体系框架中节点抗震性能试验研究

通过对3个不同键槽长度的世构体系(预制预应力混凝土装配整体式框架结构)梁柱节点的低周反复荷载试验,研究世构体系框架节点的破坏形态、滞回性能、节点延性、耗能能力和刚度强度退化等抗震性能指标,对世构体系的抗震性能得出一个大致的评价.试验结果表明:世构体系的滞回曲线丰满,具有良好的耗能能力:世构体系的配筋设计可以参照现行的混凝土结构设计规范进行:经过良好的设计施工,世构体系的抗震性能完全能够满足预期的要求:目前采用的键槽长度能够满足抗震的需要.     

单节段装配式桥墩抗震性能试验研究

与传统整体现浇桥墩相比,装配式桥墩具有工期短、环境影响小、施工质量高等优点.装配式钢筋混凝土桥墩的抗震性能是其设计时需要考虑的关键问题之一.试验设计了一组现浇式及两组装配式桥墩试件,采用拟静力试验方法从破坏形式、水平承载力、位移延性与累积耗能等方面研究其抗震性能.试验结果表明:与整体现浇式桥墩相比,装配式桥墩的水平承载力与前者接近,位移延性与累积耗能能力稍差,残余位移偏大;钢套筒连接装配式桥墩的位移延性与累积耗能能力优于金属波纹管连接装配式桥墩.