矮塔斜拉桥索鞍区模型试验及设计探讨

为研究矮塔斜拉桥的双套管索鞍对连续通过拉索的粘结锚固性能,探讨索鞍区的合理构造设计方法,结合一座矮塔斜拉桥工程,在国内首次进行了索鞍区的节段足尺模型试验.模型平面轮廓尺寸为3 m×2 m,高2.8 m;斜拉索由31根15.2 mm环氧涂层钢绞线组成,选取了双套管索鞍的2种粘结锚固构造.通过对单侧拉索的低周反复加载,测试了不平衡索力的传递程度;此外还对索鞍区混凝土连续体的受力特征进行了分析研究.结果表明,这2种粘结锚固构造均有较强且稳定的抗滑移效果;在索鞍区设计方面,探讨了便于更换拉索的构造,并建议在套管外布置螺旋箍筋,并根据拉压杆模型所揭示的力流配置套管下的受拉钢筋.     

基于螺纹联接的预应力精轧螺纹钢筋张拉力识别原理与技术

为了防止预应力混凝土箱梁桥腹板开裂,以混凝土箱梁桥预应力精轧螺纹钢筋张拉力测试,并修订相关规程。视预应力精轧螺纹钢筋锚固螺母与锚垫板为弹簧联接,联接弹簧的刚度为其接触面法向接触刚度。放弃精轧螺纹钢筋与锚固螺母固结假定,视其钢筋、螺母螺纹为弹簧联接,视螺纹为悬臂结构,并基于图乘法计算联接弹簧刚度,建立预应力精轧螺纹钢筋锚固系统弯曲振动动力学模型。考虑到精轧螺纹钢筋联接传力过程中,每圈螺纹传力大小的不均匀性,越远离接触面传力越小,导致精轧螺纹钢筋的外露长度发生相对变化,影响测试结果的正确性,提出其法向接触刚度的修正方程。最后,开展了室内模型试验和多座桥梁的现场试验。研究结果表明:该方法解决了预应力精轧螺纹钢筋锚固系统因外露长度不同引起的张拉力测试误差,获得了锚固螺母与锚垫板法向接触刚度与张拉力关系式,该关系式符合接触面法向刚度与法向力关系的一般规律;模型试验和现场试验均表明其法向接触刚度与张拉力关系具有稳定性,其原理可应用于现场桥梁测试和相关规范修订。规范的实施对彻底解决竖向预应力损失过大和失效的问题具有重要意义,该研究结果对于土木工程类似结构的张拉力、机械结构类似的紧固力测试与分析具有参考意义。     

箱梁竖向预应力张拉力无损检测方法

由于竖向预应力张拉力损失过大,预应力混凝土连续箱梁桥的箱梁腹板斜裂缝现象较为普遍。为了能有效检测竖向预应力筋的实际张拉力值,将竖向预应力钢筋的外露段视为分析体,把钢筋视作刚体,锚固段用环形刚臂外加环形的弹性支承模拟。竖向预应力筋张拉力发生变化时,空间弹性支承的刚度和钢筋的自振频率也会发生相应变化,利用钢筋自振频率的变化反映有效张拉力值。结合模型试验数据,建立了精轧螺纹钢筋竖向张拉力T与空间弹性支承刚度K的非线性参数模型。采用延伸量测试校验了该方法的有效性。研究表明：该方法准确、快捷,便于工程应用,能有效提高箱梁腹板竖向预应力的施工质量。     

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.     

PC箱梁桥腹板竖向预应力锚固系统切向刚度的研究

为解决PC箱梁桥腹板竖向预应力失效的问题,建立了腹板竖向预应力锚固系统的非协调接触理论模型,利用位势理论和GW(Greenwood-Williamson)随机粗糙表面模型,求解了弹性半空间体在表面力作用下竖向预应力锚固系统的切向静弹性刚度与张拉力的函数关系,在此基础上进行了竖向预应力模型静载试验验证.结果表明:竖向预应力锚固系统的切向刚度随竖向张拉力的增加呈非线性递增.该研究对于竖向预应力锚固系统的单自由度系统动力学模型的建立以及竖向预应力筋张拉力的定量测试具有重要意义,也为纵向预应力检测提供了理论依据.     

部分斜拉桥主塔鞍座节段模型试验研究

中山市歧江大桥为三跨双塔单面索预应力部分斜拉桥,主塔鞍座采用新型索鞍结构．介绍该主塔鞍座节段模型试验,研究鞍座处索鞍下部混凝土的受力性能及应力分布情况,对主塔节段进行有限元空间分析,判定新型索鞍结构的合理性．     

车载作用下超宽混凝土箱梁自锚式悬索桥静力特性

为了探讨超宽混凝土箱梁自锚式悬索桥在车载作用下的受力状态,通过实桥荷载试验和ANSYS有限元分析,研究了结构整体静力特性以及超宽加劲梁的纵向应力水平及其分布.试验结果表明:在相当于设计汽车荷载水平的试验荷载下,主塔顶横桥向位移较纵桥向明显;受剪力滞效应、横坡及车轮局部效应的影响,超宽加劲梁受力空间效应明显,对称车载作用下加劲梁挠度沿横桥向呈V形变化,最大可达35 mm,偏心车载作用下扭转变形明显;加劲梁顶、底板纵向应力沿横桥向呈不均匀分布,最大纵向应力增量位于顶、底板与内腹板交接处,对称车载作用下顶板纵向应力沿横桥向呈M形变化;偏心车载作用下缆索系统受超宽加劲梁的空间效应影响,两侧索面受力的不均匀性较为明显.     

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。     

预应力加筋体水平土压力及作用机理研究

采用缩尺模型试验及三维有限元模拟研究了预应力筋长度对加筋体水平土压力分布的影响及加筋体中预应力筋的预拉力作用机理.研究表明:墙背土压力的大小与分布规律与预应力筋长度无关;预拉力作用下,预应力筋位置填料的水平土压力沿筋长方向呈两端大中间小的分布规律,其中部填料的水平土压力值增幅随预应力筋长度的增大而减小;随着预拉力的增加,填料水平应力值会超过竖向应力值并与大主应力值完全重合;填料的平均破坏比系数呈先减小后增大的变化趋势,填料的应力水平表明在预拉力作用下填料存在最优的应力状态.     

先简支后连续混凝土梁负弯矩区UHPC “T形”湿接缝试验研究

为了提高普通混凝土连续梁负弯矩区湿接缝的抗裂性能,简化施工工艺,提出了混凝土梁桥负弯矩区UHPC新型湿接缝方案.以某跨径为30 m的普通混凝土连续梁桥为背景,根据法国UHPC结构设计规程和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362-2018)对该桥进行正常使用极限状态下的配筋设计,并参照配筋设计结果对UHPC新型湿接缝构造进行1∶2缩尺模型试验研究.试验结果表明:取消负弯矩区预应力束、取消焊接的负弯矩区UHPC新型湿接缝方案的抗裂性能和承载能力均满足工程要求,且试验值与数值模拟值拟合良好;UHPC的引入能有效限制普通混凝土的裂缝宽度,显著提高普通混凝土截面的刚度,改善混凝土连续梁跨中区的内力及竖向挠度的重分布现象.与不考虑负弯矩预应力束的传统湿接缝构造相比,UHPC新型接缝构造能降低混凝土连续梁内力及跨中竖向挠度的重分布系数至其30％～50％.参数分析表明:对于负弯矩区采用UHPC新型湿接缝构造的混凝土连续梁桥,UHPC沿纵桥向的长度宜取0.27倍计算跨径,负弯矩区纵向受拉主筋直径可统一为20 mm,UHPC层的厚度取60 mm即可.     

下承式钢管混凝土系杆拱桥拱脚局部应力分析

拱脚是钢管混凝土拱肋向混凝土的过渡段,局部构造复杂,是拱梁组合桥的关键部位,其受力性能对全桥承载能力和跨越能力至关重要。运用ANSYS软件建立拱脚三维空间有限元模型,计算分析了拱脚在拱肋张拉吊杆前后两种工况下应力的空间分布。根据分析结果可以得到,拱脚受力以纵向压力为主,应力分布较为均匀;局部出现小范围拉应力,且拉应力值不大。因此,在整个拱桥结构中,拱脚受力合理,满足实际工程需要。     

考虑空间拱效应的筒形墙体主动土压力

以围土为均质无黏性土的筒形挡土墙为研究对象,假定达到主动极限状态时筒形墙体周围土体形成直线型滑移面,取滑移面水平微分单元作为分析单元,考虑墙体与滑移面间形成竖向土拱和环向拱效应.根据水平微分单元的竖直向和径向的受力平衡条件,推导得到考虑墙-土摩擦角、环向应力系数和筒形墙体半径的筒形墙体主动土压力计算基本方程,并与现有理论结果及模型试验结果进行比较.结果表明:考虑空间拱效应的计算结果与模型试验结果吻合较好;土压力沿深度非线性分布,主要表现为沿深度先增大后减小的变化规律;土压力与墙-土摩擦角、墙体半径及环向应力系数有关,土压力随墙-土摩擦角及半径的增大而增大,随环向应力系数的增大而减小.     

大跨度钢管混凝土窄拱桥抗震性能分析

以某下承式钢管混凝土系杆拱桥为背景,利用有限元程序Midas,计算出了该桥在不同吊杆初始张拉力的情况下的动力特性和地震响应,计算结果表明:该桥的面外刚度相对较小,不同的吊杆初始张拉力对该桥的动力特性和地震响应影响不大,此外竖向地震对该桥的内力影响很明显,抗震设计中应该予以重视.     

索梁锚固区应力状态单因素影响分析

为研究不同锚固区节段长度对索梁锚固区应力状态的影响,建立2种锚固构造的8个壳单元模型进行双重非线性(几何非线性和材料非线性)分析,比较8个模型中钢锚箱、钢锚梁、腹板和横隔板的应力分布情况。对比结果表明:不论锚固构造横桥向设置还是顺桥向设置,锚固区节段长度对钢锚箱的应力影响相对较小,而对钢锚梁、腹板和横隔板的应力影响较大;当所选锚固区节段长度远离锚固区大于2倍梁高时,计算结果差值在5%以内。所得结论可供锚固区数值模拟参考。     

钢管混凝土系杆拱桥施工监控技术

文章针对钢管混凝土系杆拱桥的结构特点,结合双塔大桥施工与监控实践,研究分析了系杆拱桥吊杆的张拉力确定与优化,通过计算机仿真计算,表明合理确定吊杆张拉力能够较好地控制系杆拱桥的整体稳定性;在系杆拱桥施工监控技术发展趋势基础上,探讨了施工监控的线形及应力等控制要点,从而达到保证系杆拱桥施工过程中的受力安全目的,最终实现满足设计要求的成桥状态。     

预应力混凝土折线塔拉索锚固区结构特性

以沈阳市某斜拉桥为工程背景,对该桥特殊结构的力学特点进行研究,采取模型实验及Madis/Civil数值分析相结合的方法,对预应力混凝土折线塔主塔锚固区进行研究,将实验及数值分析的结果进行对比及分析.结果表明:预应力混凝土折线塔主塔锚固区模型试验与理论分析的结果基本一致,在斜拉索的作用下,折线塔外壁斜拉索的索孔上方处较其他外壁处应力集中,易产生裂缝;折线塔在倒角处最先开裂,倒角处的应力集中较为严重,为折线塔设计的关键部位.     

混凝土握裹层径向压力对带肋钢筋黏结性能影响试验研究

对于带肋钢筋的黏结性能,钢筋横肋与混凝土之间的咬合力起控制作用.混凝土握裹层的径向压力是研究带肋钢筋横肋与混凝土之间相互作用的重要条件.通过拉拔黏结试验测量了劈裂破坏过程中混凝土握裹层作用在带肋钢筋上的径向压力.试验中,在钢筋内开槽布置两个微型荷载传感器测量混凝土握裹层的径向压力,通过对6个试件开展拉拔黏结试验测定了不同厚度混凝土握裹层的约束作用.试验发现,在试件劈裂破坏过程中,钢筋肋前有效角不断变小,黏结应力与混凝土握裹层的径向压力成正比;试件劈裂破坏时,钢筋肋前有效角与保护层厚度成反比,黏结应力沿锚固段的分布受到保护层厚度的影响:当保护层厚度适中时,黏结应力分布均匀.另外,试验测得的混凝土握裹层径向压力最大值与考虑裂缝黏聚力的厚壁圆筒理论模型预测值吻合较好.     

钢管混凝土系杆拱桥施工分析与施工控制

为了保障钢管混凝土系杆拱桥施工安全和质量,以南水北调中线工程某钢管混凝土系杆拱桥为例,采用有限元软件MIDAS/Civil建立该桥有限元计算模型,按照施工过程详细分析各施工阶段的变形、吊杆力和应力,对吊杆成桥张拉力进行探讨,并选用自适应控制方法进行现场施工控制.由数值分析和现场监控结果可以得出,大桥在施工过程中结构的变形较小,受力满足设计规范要求;考虑到钢管混凝土系杆拱桥拱肋、系梁的刚度相对较柔,可采用恒载索力作为成桥张拉索力控制值,并以成桥后系梁和拱肋线形作为吊杆索力调整的施工依据;施工控制表明成桥线形和受力满足设计要求,成桥索力与恒载索力基本吻合.     

复式钢管混凝土柱-钢梁节点受力机理及承载力

为研究新型复式钢管混凝土柱-钢梁连接节点的力学性能,采用模型试验与有限元分析相结合的方法得到了钢梁翼缘受拉模型,通过分析竖向肋板和锚固腹板的传力机理,得到了竖向肋板与锚固腹板连接构造参数对节点受力性能的影响,提出了该新型节点设计改进建议,根据钢梁翼缘受拉模型推导出梁端极限承载力计算公式,并将计算结果与反复荷载试验得到的承载力进行了比较。研究结果表明:翼缘传来的拉力主要依靠竖向肋板和锚固腹板进行传递,可忽略钢管和核心混凝土的贡献;该新型节点能可靠地传递梁端弯矩、轴力和剪力,符合节点更强、整体性好的设计原则;理论计算与模型试验所得结构承载力的误差在2.16%~4.14%的范围内,证明了该模型适用性,但计算值偏保守;研究成果可为该新型节点今后的工程应用提供依据。     

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。