三向预应力混凝土斜拉桥箱梁裂缝研究

为分析混凝土水化热和三向预应力钢筋张拉顺序对斜拉桥预应力箱梁施工裂缝的影响,建立了嘉陵江大桥空间有限元实体模型,通过模拟现场实测温度场和选取3种不同的预应力钢筋张拉工序,分析水化热和预应力钢筋张拉顺序对箱梁顶板、底板和腹板受力特性的影响,并对比分析结果和实际裂缝情况。结果表明:水化热是嘉陵江大桥箱梁底板和腹板产生施工裂缝的一个重要原因;但是单纯的水化热不能使腹板产生裂缝。横向和竖向预应力钢筋滞后纵向1～2个节段张拉的施工工艺使得底板施工前期拉应力增长较快;且使得腹板在施工过程中拉应力变大。因而,预应力钢筋张拉顺序成为嘉陵江大桥箱梁底板和腹板产生施工裂缝的另一个重要原因,但是预应力钢筋张拉顺序对箱梁最终状态应力影响很小。     

基于组合式模型的箱梁横向预应力张拉顺序分析

为了研究混凝土箱梁横向预应力合理的张拉顺序,利用体梁组合单元建立了南京长江第二大桥北汊桥悬臂施工的空间有限元模型,分析了采用不同张拉顺序施加横向预应力对箱梁顶板横向正应力分布的影响.分析结果表明:分段立即张拉会造成顶板中部下缘横向压应力沿纵向近似线性增加,从与前一梁段交界处的2.9 MPa增加到与后一梁段交界处的10.1 MPa;采用滞后张拉时,顶板中部下缘产生约6.7 MPa的均匀压应力,表明滞后张拉能更合理地发挥横向预应力的效应.据此提出了基于滞后张拉的施工方法,以克服横向压应力沿纵向分布不均的缺点,并进一步指出了滞后张拉在设计和施工中的注意事项,为改进现有大跨预应力混凝土箱梁的设计理论提供参考.     

环境温度对混凝土箱梁内部温度影响研究

通过在混凝土箱梁内部布设温度传感器,建立了现场温度测试系统,实测了混凝土箱梁内部温度及环境温度场.通过对实测数据进行分析,得出了混凝土箱梁内部温度随环境温度变化的规律.研究发现,混凝土箱梁顶板最高峰值滞后于环境温度最高峰值2h,且随着距梁顶板距离增加,滞后时间略有延长.顶板内外缘温差明显,腹板、底板内外温差很小.     

千米级斜拉桥扁平钢箱梁的局部力学行为

以世界最大跨径斜拉桥苏通长江大桥为工程背景,通过静载试验与全桥整体及箱梁局部有限元数值计算研究了千米级斜拉桥扁平钢箱梁各主要板件的力学特性.在此基础上,运用子模型法对考虑焊接构造的箱梁局部焊接细节建立精细有限元模型,分析焊缝周围的应力分布规律,并通过试验加以验证.结果表明,扁平钢箱梁剪力滞效应明显,顶底板纵向应力沿横截面呈不均匀分布,顶板和顶板U肋的焊缝周围存在严重的应力集中,是整个钢箱梁疲劳性能研究的重点部位.     

基于修正翘曲位移函数的薄壁箱梁剪力滞效应分析

为完善薄壁箱梁剪力滞效应研究,构造余弦函数作为剪力滞效应下纵向翘曲位移分布形态的描述,考虑弯曲剪力流分布对薄壁箱梁弯曲曲率和顶底板纵向翘曲位移的影响,引入顶板悬臂板纵向翘曲位移差函数修正系数及内力平衡因子,基于能量变分法,推导了薄壁箱梁剪力滞效应作用下应力与挠度计算微分方程.针对单箱单室简支箱梁和连续箱梁算例,将理论分析方法得到的应力和挠度计算值与有限元结果和实测值进行对比分析.结果表明,按理论分析方法得到的薄壁箱梁纵向应力值不仅与有限元结果、实测值吻合良好,而且能真实地反映顶板悬臂板应力分布形态.集中荷载和均布荷载作用下,考虑剪力滞效应影响的方法使得薄壁简支箱梁跨中挠度分别增加了25. 34%和19. 22%,与有限元结果的误差分别为1. 31%和1. 83%,精度较高.该理论分析方法可以准确预测薄壁箱梁在任意荷载作用下的截面应力与挠度分布.     

轨道交通混凝土箱梁低频噪声贡献源及空间分布

以轨道交通双线混凝土简支箱梁为研究对象,建立车辆-轨道-箱梁有限元模型和箱梁振动-辐射噪声有限元-无限元模型。结合现场试验,计算了箱梁整体和各板件的声场分布及各板件的声压贡献。结果表明,有限元-无限元模型能够准确预测箱梁的结构噪声;腹板对梁侧声压贡献较小;近场声压主要受底板的影响,其次是翼板;远场声压主要受底板和顶板的影响;在底板以下空间,底板对声场起控制作用;箱梁同一高度,顶板声压贡献略大于翼板,两者起主要作用;顶板以上区域,顶板声压贡献远大于其他板件。     

不同组合形式下NC-UHPC组合箱梁承载能力分析

为推进超高性能混凝土(UHPC)在我国桥梁工程建设中的应用和发展,根据混凝土箱梁的组成和受力特点,提出了3种不同的NC-UHPC组合箱梁截面形式,并建立了用于混凝土箱梁空间力学分析的有限元模型。通过与解析解的对比,对模型的可靠性进行了验证。利用有限元模型对3种不同截面组合形式下桥梁结构的承载能力和变形能力进行了分析。结果表明,将箱梁的底板、顶板、腹板分别用UHPC材料代替的情况下,箱梁跨中截面顶板最大应力分别为全普通混凝土截面梁的0.97倍、1.06倍、0.98倍,箱梁跨中截面底板最大应力分别为全普通混凝土截面梁的1.05倍、0.98倍、0.97倍,箱梁跨中挠度分别为全普通混凝土截面梁的0.84倍、0.91倍、0.97倍。与全普通混凝土截面梁计算结果相比,将UHPC材料用于箱梁的底板时,桥梁跨中挠度的变化幅值最大,截面利用率最高。研究结果可为UHPC材料在箱梁结构中的应用提供一定的理论依据。     

施工阶段自锚式悬索桥超宽混凝土箱梁纵向应力分析

为了分析自锚式悬索桥超宽混凝土箱梁在施工过程中的受力状态,通过实桥应力测试和Midas/FEA有限元分析,研究了超宽加劲梁的纵向应力水平及其分布规律。研究结果表明:在体系转换过程中,主缆轴力逐渐增大,且主梁顶板纵向压应力整体逐渐增大,梁底板纵向应力的变化与主梁的挠度变形密切相关。在施工过程中,各测点纵向应力实测结果与计算结果吻合良好,超宽加劲梁受力空间效应明显,主梁各截面纵向应力沿横截面的分布具有明显的不均匀性。主梁中跨跨中与边跨跨中截面剪力滞效应均表现为由正剪力滞向负剪力滞转换,且主梁中跨跨中截面纵向应力变化及剪力滞效应较边跨跨中明显。     

某变高度预应力箱梁桥合拢段底板崩裂破坏机制

 针对某变高度预应力混凝土箱梁桥在施工期间合拢段底板发生崩裂的现象,通过有限元数值模拟得到了箱梁底板在预应力筋管道剖面上的竖向应力分布情况,然后对影响底板竖向拉应力的外部因素进行了敏感性分析,在此基础上探讨了该桥底板崩裂的破坏机制.结果表明：弯曲预应力束的径向力与预应力束管道偏离设计位置而产生的附加径向力,是导致底板开裂的主要原因;在纵向压力作用下,底板开裂后的箱梁节段最终会发生失稳破坏即出现崩裂.     

曲线箱梁桥预应力筋张拉顺序的数值模拟及优化

有限元程序Ansys可以模拟预应力构件的张拉过程,而预应力筋张拉是基于对称的原则确定张拉顺序.采用Ansys对铜陵立交桥大型曲线箱梁的张拉过程进行了仿真模拟.基于两种不同张拉方案, 计算出两种张拉顺序对箱梁应力和变形的影响, 从而进行张拉顺序优化.此方法可为类似大型空间曲线预应力构件的张拉顺序提供一定参考.     

混凝土箱梁水化热温度徐变应变分析

针对桥梁设计中混凝土箱梁水化热温度应变难以精确分析的现象,基于预制梁场混凝土箱梁水化热温度应变现场试验,采用初应变增量有限元法建立混凝土箱梁水化热温度应变的弹性徐变理论隐式解法数值模型,分析实测水化热应变、温度徐变应变及温度弹性应变三者之间的差异,研究混凝土箱梁水化热温度应变受徐变影响的规律。研究结果表明:拆模后箱梁顶板、底板水化热温度应变均为压应变且算术平均值基本一致;混凝土箱梁顶板水化热温度应变变化速率略小于底板水化热温度应变变化速率;徐变对混凝土箱梁水化热温度应力应变影响非常大,实际应变仅约为温度弹性应变的一半,因此,早龄期混凝土结构温度弹性应力减半更符合实际情况;混凝土箱梁水化热温度应变实测数据略大于温度徐变应变计算值,说明本文数值模型可准确有效模拟箱梁水化热温度应变真实状态、有助于桥梁分析设计。     

混凝土变截面箱梁桥顶板横向预应力工作宽度分析

以湖南某特大桥为研究背景,用ANSYS对预应力混凝土变截面箱梁顶板中心横向预应力的工作宽度进行理论分析,得出横向预应力在顶板的工作扩散角,为设计预应力混凝土连续箱梁桥顶板横向预应力提供参考,对预防顶板纵向裂缝具有指导意义.分析张拉横向预应力后产生的泊松效应,为箱梁顶板预应力的张拉施工提供建议.     

浏阳河大桥0#块空间应力分析

对预应力混凝土连续箱梁在施工阶段各工况下0#块顶板、底板、腹板和横隔板作了空间应力分析,计算中计入了收缩、温度和时间效应的影响,对不同施工阶段作了对比分析,计算结果为该桥的设计提供了依据,对于同类桥梁0#块设计也具有重要的参考价值。     

变截面连续箱梁桥温度场及其效应的有限元分析

为得到地区温度梯度函数,对一座在役连续箱梁桥进行了长期温度观测.基于热传学原理,对该箱梁的温度场进行了有限元分析,.将实测数据和有限元计算结果相结合,利用数理统计方法,对比分析获得了箱梁竖向温差拟合曲线,对拟合温度曲线下的桥梁纵向温度应力进行计算.研究结果表明:有限元计算结果与实测温度符合较好;计算箱梁竖向温差拟合梯度曲线,求得在该温度梯度下的桥梁纵向最大温度拉应力为1.8 MPa.     

混凝土箱梁日照温度场仿真分析

混凝土箱梁的日照温度场可通过理论分析并进行仿真分析,建立箱梁的有限元分析模型,对箱梁的日照温度场进行仿真分析,分别对箱梁各结构面温度的时程变化和各结构面的温差分布情况进行分析.分析结果表明,顶板、底板、腹板外表面的最高温度均出现在14:00,各板内表面的出现最高温度相对于外表面存在滞后,出现时刻为20:00.箱梁各板在日照作用下会出现相应的横向温差,沿梁高方向的竖向温差在14:00达到15.69℃.     

时变效应下自锚式悬索桥车载响应演变规律

为研究长服役期内混凝土收缩徐变、环境温度变化对车载作用下自锚式悬索桥主梁应力状态演变的影响规律,建立了山东省湖南路大桥ANSYS精细化实体有限元模型,分析了30 a运营期内混凝土收缩徐变、5 ℃~20 ℃温升工况下超宽箱梁底板的应力变化规律。结果表明：随着桥梁运营年限增加,箱梁底板纵向压应力逐渐减小,30 a期时部分位置出现0.085 MPa的纵向拉应力;箱梁底板与最外侧腹板交接处出现2 MPa的横向拉应力,需优化横向预应力筋的布置方式。桥梁运营30 a时,在1.0~1.6倍对称等效设计活荷载下,箱梁底板与内侧腹板交接处的纵向拉应力达到1.06~2.70 MPa。桥梁运营30 a并且环境温度升高5 ℃时,在对称等效设计活载下,箱梁底板部分区域的纵向拉应力超过混凝土抗拉强度,20 °C温升使得底板最大纵向拉应力达到8.65 MPa。     

预应力混凝土连续箱梁合拢段底板开裂机理

为了分析预应力混凝土连续箱梁桥在合拢时出现底板上下分层开裂的原因,采用了三维有限元方法对在连续索张拉过程中跨中底板的应力状态进行了计算.定性分析了导致底板上下分层开裂的机理.结果表明,单纯的向下径向力与底板纵向泊松比效应均不是导致底板上下分层的本质原因,而纵向预应力筋在7     

波形钢腹板箱梁手风琴效应对预应力效率的提高研究

通过波形钢腹板箱梁加载预应力试验,以及其与有限元模型数据的对比,对波形钢腹板手风琴效应对预应力效率的提高进行了研究。通过试验数据,可以看出在张拉预应力时,波形钢腹板像手风琴一样发生了压缩现象,相较混凝土腹板箱梁,其顶底板的应力有着很明显的提高,与直钢腹板箱梁相比较,也有着一定的提升。由于波形钢腹板的手风琴效应,使得箱梁的预应力效率得到了提高,这在实际工程中有着重要的应运。     

框架效应对预应力混凝土箱梁桥顶板横向预应力储备的影响分析

基于数值模拟研究了预应力混凝土箱梁桥三种不同横向预应力筋布置方式的预应力框架效应影响、横隔板设置、箱梁参数对顶板横向有效预应力的影响,并与现场测试结果进行了对比,表明了数值模拟方法的有效性,选取预应力混凝土箱梁桥高跨比、宽跨比、腹板与底板厚度之比等关键参数,进行实桥参数敏感性分析.表明预应力混凝土箱梁桥墩顶外由于横隔梁刚度大,在其5m左右范围内横向框架效应影响显著,应按非预应力混凝土设计预防顶板纵向裂缝产生,在跨中设计的横隔板附近应增加纵向抗裂钢筋;增加宽跨比、底板与腹板厚度之比、腹板与顶板宽度之比以及减少高跨比有利于保证预应力混凝土顶板横向有效预应力.     

双箱单室波形钢腹板组合箱梁设计研究

深圳南山大桥上部结构为双箱单室波形钢腹板PC组合箱梁,对这种新型结构进行了缩尺试验,并建立了空间实体有限元模型,探讨其受力全过程,分析了横梁对这种组合箱梁的影响。研究结果表明,双箱单室组合箱梁的受力性能与单箱单室组合箱梁相似,其弹性阶段内的截面应变满足"拟平截面假定";小横梁的设置在一定程度上改善了顶板的受力状况,但对增强两箱整体性的作用不大;大横梁加设小横梁形式在小幅度增加自重的情况下,可增强两箱的整体性,并有效地改善箱梁顶底板的受力状态。