预应力梁桥齿板锚固区配筋设计新方法

预应力混凝土梁桥的齿板锚固区,由于存在着几何形体上的突变,集中锚固力的作用以及预应力钢束局部弯曲引起的径向力作用,易产生开裂甚至剥落破坏,因此齿板锚固区的抗裂配筋设计十分重要。以7种典型局部作用效应刻画齿板锚固区内拉应力的集中分布特征,并在此基础上形成了齿板锚固区拉压杆模型,初步形成预应力混凝土梁桥的抗裂钢筋设计新方法。     

拱塔斜拉桥索塔锚固区应力分析

文章以某拱塔斜拉桥为研究对象,运用有限元分析软件ANSYS对其索塔锚固区进行空间应力分析;通过索塔锚固区不同工况下的应力分析,总结了锚固区应力分布特性,并研究了锚固区应力在索力及预应力单独作用时沿高度方向的衰减情况,为相关设计给出了相应的建议.     

新型UHPC连续箱梁桥的体外预应力锚固构造形式研究

针对新型UHPC连续箱梁桥的结构特点及预应力体系布置,对其腹板处体外预应力下折索进行齿块锚固研究.对独立矩形齿块进行应力分析,揭示板厚对锚固区壁板外侧"局部弯曲效应"的影响.通过拓扑优化分析构建出一个揭示齿块锚固区传力机理的简化平面杆系模型,提出两种齿块锚固区局部加强的方法.在此基础上,对UHPC箱梁桥的腹板体外预应力锚固齿块进行构造设计,对比6种不同锚固方案,分析横隔板、预应力筋齿块内转向和锚固长度对锚固区受力的影响,最终得出较为合理的体外预应力齿块锚固构造形式.     

外露型钢锚箱索塔锚固结构受力机理试验

通过缩尺比例为1∶2的节段模型试验,揭示了外露型钢锚箱索塔锚固结构的受力机理,重点分析了塔壁预应力在结构中的作用效应.研究结果表明:外露型钢锚箱索塔锚固结构在中小跨径桥梁中具有较好的适用性;在塔壁不开裂的情况下,预应力不会改变水平索力在钢锚箱和混凝土塔壁之间的分配关系;预应力能够明显减少塔壁混凝土的拉应力,提高塔壁的抗裂性能,但也会降低钢板的利用率和增大焊钉剪力顺桥向作用的剪力.     

预应力混凝土简支箱梁裂缝损伤参数影响分析

针对开裂损伤后的在役预应力混凝土简支箱梁桥,将承弯段受拉裂缝和剪弯段斜裂缝作为主要特征裂缝,建立基于主要裂缝统计特征参数的开裂预应力混凝土箱梁损伤计算模型;将受弯裂缝总宽度、斜裂缝数量和斜裂缝高度作为3个敏感变量,分别进行参数影响分析,以确定其对结构控制截面变形和应力的影响。研究结果表明:承弯区受弯裂缝总宽度对结构的内力和变形影响较大,造成结构抗弯刚度明显减小,变形增大,压区应力增加;斜裂缝数量对结构内力和变形有一定影响,但影响程度明显小于承弯段受弯裂缝;斜裂缝高度对结构的内力和变形影响均较小。因此,在结构设计中,应特别注意受拉区混凝土压应力储备,防止拉区开裂造成的刚度退化。     

预应力碳纤维板圆齿纹平板锚具锚固性能试验研究

采用自主研发的足尺张拉、锚固预应力碳纤维板锚固性能试验装置,对3组预应力碳纤维板圆齿纹平板锚具试件进行了锚固性能试验,测试了碳纤维板应变和预应力损失。结果表明:合理设计的预应力碳纤维板圆齿纹平板锚具,可靠锚固碳纤维板的拉伸应变达极限应变的50%,预应力锚固损失小于规范规定计算值,能够满足实际加固工程的锚固要求。     

斜拉桥单向预应力体系索塔锚固区足尺模型试验研究

为研究布置单向预应力的混凝土索塔锚固区的传力机理,明确该类新型索塔锚固区的实际受力状况,以广中江高速公路西江水道桥为工程背景,进行了索塔节段足尺模型试验和有限元数值分析,试验中特制了与实桥一致的平行钢丝索短索,并设计了斜向加载反力梁,以模拟斜拉索的大吨位斜向荷载;试验过程中观测结构的应力、变形以及裂缝发展.研究结果表明:理论分析与试验结果吻合较好,结构在1.2倍设计荷载下仍处在弹性受力状态,主要受力部位未发现裂缝;推算抗裂安全系数为2.04,布置在顺桥向塔壁的单向预应力能够提供足够的压应力储备.     

分丝管索塔锚固区劈裂极限行为分析与试验

针对分丝管索塔锚固区受力状态问题,以南盘江特大桥(108m+180m+108m三跨矮塔斜拉桥)为背景,进行锚固区混凝土劈裂行为与受力机理研究。首先,综合考虑拉索对索鞍的压力和摩擦力作用,推导拉索沿纵桥向的压力分布公式;然后,建立ABAQUS实体模型并按压力分布公式加载,分析其空间应力分布规律。最后,开展锚固区节段足尺模型试验,采用自平衡反力梁法,分四级张拉斜拉索,最大张拉力为1.09倍设计张拉力,观测并验证锚下混凝土的受力特征。研究结果表明:作用在鞍下混凝土上的压力受摩擦力影响较小,沿纵桥向基本服从均匀分布;锚固区混凝土压应力及拉应力均低于规范限值要求,处于安全工作状态;设计荷载作用下,最大劈裂应力出现在两分丝管索鞍之间的混凝土部分,但应力水平较小,此外两索鞍两侧及与索鞍接触的混凝土区域亦出现较小劈裂应力;索鞍底缘附近的混凝土劈裂应力沿竖向衰减迅速,劈裂应力沿竖向的叠加效应不明显。有限元模型显示,当拉索索力达到25 100kN时,锚固区混凝土达到劈裂极限应力而开裂;在横桥向,竖向压应力由核心区域向两侧逐渐减小,近似成二次抛物线分布;有限元模型应力分布计算结果与模型试验实测结果基本一致,具有可靠性。     

体外预应力FRP筋加固混凝土单向板受弯性能及承载力计算方法

以FRP筋张拉应力和加固量为试验参数,制作了6块混凝土单向板,包括1块对比板和5块体外预应力玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋加固混凝土单向板,分析了体外预应力筋对混凝土单向板受力性能的影响.结果表明,体外预应力FRP筋对混凝土单向板开裂荷载、屈服荷载和极限荷载均有明显的提高.结合本文和已有文献的试验结果,分析了张拉控制应力、FRP筋加固量和加固长度、FRP筋有效高度对混凝土受弯构件性能的影响,提出了体外预应力FRP筋加固混凝土受弯构件承载力计算方法.该方法适用于体外预应力FRP筋加固混凝土梁和单向板受弯构件承载力的计算.     

钢锚箱连接对索塔锚固体系受力性能的影响

 为明确多节段钢锚箱式索塔锚固体系的传力机理,以杭州湾跨海大桥北通航孔桥为例,采用有限元分析软件(ANSYS11.0),研究了钢锚箱之间连接与不连接两种方式对索塔锚固体系受力性能的影响。结果显示,钢锚箱之间是否连接对锚固体系各节段以及节段内各构件承担的水平力影响较小,对各节段整体承担的竖向力无影响,而对各节段钢锚箱及塔壁承担的竖向力影响较大;钢锚箱之间是否连接对钢锚箱板件应力、混凝土塔壁应力以及栓钉剪力的分布规律具有明显影响,与钢锚箱不连接体系相比,钢锚箱连接体系各构件的应力或剪力分布更为均匀。     

光纤光栅传感器对预应力锚索的受力监测

预应力锚索的受力状态监测特别是锚索内应力分布的监测是目前工程领域一大难题。本文提出将准分布式光纤布拉格光栅（FBG）内嵌至锚索材料-钢绞线中心丝的技术,以实现对其受力状态及应力分布进行监测。基于此技术,结合FBG监测原理和锚索锚固理论,以锚索锚固长度、FBG布设位置及数量为主要变化参数,设计了FBG自感知钢绞线材料并将其浇筑于钢管内作为锚索模型试件;并对FBG自感知钢绞线材料进行张拉标定试验和钢管锚索拉拔试验。张拉标定试验表明,内嵌于钢绞线中心丝材料中的准分布式FBG传感器成活率为100％,应变灵敏度集中在0.0012,应变-波长的拟合度皆超过0.999。拉拔试验结果表明,内嵌式FBG传感器可有效监测全长粘结型锚索轴力分布规律;且传感器可实现对锚固段、自由段应力传递规律的定点监测;为锚索浇筑长度的设计、张拉应力的补充提供了计算依据。     

预应力缠绕模具设计理论

综述张力设计理论的发展现状,现有缠绕张力的计算公式存在以下问题:纤维缠绕张力与预应力模具缠绕张力的大小相差几个数量级;将缠绕层视为整体,忽略了逐层缠绕的本质;缠绕层数没有具体计算公式;没有考虑摩擦因素的影响等。在考虑摩擦的基础上,建立模具最优缠绕模型,推导出新的缠绕张力公式具有重要的实用意义和科学价值。     

深基坑预应力锚杆锚固段应力分布规律与应用

基于凯尔文问题的位移解,推导了用于深基坑支护中的预应力锚杆锚固段剪应力与轴力的分布规律.对岩体与土体两种不同介质条件下预应力锚杆的受力分析表明,不同岩土体介质条件下,预应力锚杆破坏方式不同,要以最薄弱环节作为锚杆设计控制标准;锚杆剪应力沿锚固段呈对数螺旋曲线型分布,最大剪应力往往发生靠近锚固段初始位置处;锚杆轴力沿锚固段逐渐衰减,单纯通过提高锚固段长度来增加锚杆的极限拉拔力有一定的限度.通过对一工程实例的理论与试验对比分析,其弹性范围内的理论解与试验数据基本相吻合,从而为预应力锚杆的设计提供了理论依据.     

高速公路高陡边坡预应力锚索防护的设计与施工

结合厦门至昆明国家重点公路干线预应力锚索在高陡边坡防护中的设计与施工,介绍了预应力锚索在该工程中的设计、施工及试验张拉工艺,通过锚杆基本试验,得出了在循环荷载作用下锚杆的荷载一位移曲线．试验结果表明：试验锚杆孔粘结强度与安全系数均满足设计要求,锚杆施工达到施工质量要求,可供类似工程参考应用。     

多向受力状态焊钉连接件受力特性分析

 鉴于索塔锚固结构中焊钉受力状态的特殊性,对混凝土竖向承压、水平力及两者共同作用下焊钉连接件的受力特性进行研究。通过对单钉推出试验进行有限元分析,验证了有限元模拟方法的正确性。采用有限元方法,研究了在混凝土竖向承压、水平力及两者共同作用下,焊钉连接件抗剪承载力、剪切刚度以及焊钉变形、应力的变化规律。研究表明,混凝土竖向承压对焊钉连接件抗剪承载力和剪切刚度均产生影响;在幅值变化相同的情况下,水平拉力的变化对焊钉极限承载力的影响显著,而水平压力的变化则对焊钉剪切刚度的作用明显;两种受力状态下焊钉变形和应力分布规律相近;混凝土竖向承压和水平力共同作用下,钢板与混凝土接触状态不同,焊钉连接件抗剪承载力和剪切刚度的变化规律则不同。     

塔底铰接型独塔斜拉桥施工阶段力学特性分析

为了研究塔底铰接型独塔斜拉桥施工阶段的力学行为,通过有限元软件建立空间梁格的数值模型,研究了该结构在各个施工阶段桥塔、主梁的位移、内力和应力变化情况,并对塔底铰接和固结两种设计方案的整体力学行为进行对比分析。结果表明:桥塔最大弯矩位置随着施工阶段不同斜拉索的张拉而发生改变;张拉主梁拉索时,主梁曲率半径外侧受拉,内侧受压;塔底铰接对结构整体受力更加有利。可见塔底铰接型独塔斜拉桥与常规斜拉桥施工阶段的力学行为不同,研究结论可以为未来类似结构的设计、施工和监控提供参考。     

三跨上承式预应力混凝土拱桥优化设计

在分析预应力布置位置对三跨上承式拱桥内力和拱脚推力影响的基础上,阐明了该类桥型预应力筋的布置原则.同时,为在设计时考虑减小拱脚不平衡推力这一因素,提出了基于敏感性分析的首控截面应力双控设计法、首控拱脚净推力双控设计法以及直接利用优化理论进行设计等3种合理优化设计方法.这些设计法针对该类桥型的特点,利用在拱顶梁中分别布置一定数量的上下偏心的预应力筋来优化结构的内力和满足各部分的位移限制要求.通过对南京三山桥工程的设计计算,表明该设计方法完全可以满足设计要求,并可供相关工程参考验证.     

大跨度高边墙地下洞室压力型预应力锚索施工技术

介绍了海南某工程地下洞室压力型预应力锚索的设计、施工情况；对锚索的有关设计验算、制作安装以及注浆和预应力张拉均作了详细说明。观测表明，地下洞室锚索的施工是成功的。     

排桩预应力支护结构中锚筋预应力的施工力学

排桩预应力基坑支护结构中预应力锚杆的设计和施工是关系基坑安全大计的关键。工程中同排预应力锚杆张拉锁定值通常是相等的 ,而施工中先张拉锚杆预应力水平在后张拉锚杆预应力施工过程中将发生变化 ,由此导致同排锚杆预应力水平不一致。本文按顺序张拉施工假定 ,研究建立了锚杆预应力施工力学计算模型 ,推导了工程常见的 2～ 4跨腰梁条件下 ,各锚杆预应力施工锁定值 ,按此施工可保证同排锚杆预应力水平的最佳一致性。