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.     

空心板铰缝结构耐用性能的试验研究

针对铰缝结构的经时耐用性能缺少有效的定量评价方法,造成铰缝部位成为桥梁结构设计和桥梁服役管理的盲区这一问题,基于试验研究定义了空心板铰缝协同工作系数,用空心板铰缝协同工作系数来评价铰缝结构对相邻空心板协同工作程度．在此基础上,建立了相应的回归计算模型,通过引入铰缝钢筋锈蚀率随时间变化的计算公式,建立了空心板铰缝协同工作系数随时间变化的计算公式．对常用的深、中、浅3种空心板铰缝形式的经时耐用性能进行了评价．结果表明：深、中、浅的排序逐渐恶化;浅、中2种铰缝结构的服役寿命相近,除冰盐环境下不同跨度的空心板梁桥的使用年限大致在3～6a波动;深铰缝结构的抗蚀能力较强,不同跨度的空心板梁桥的使用年限大致在6～29a波动．     

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。     

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。     

基于相对转角与位移的空心板桥铰缝损伤识别

在考虑剪切传递和侧向力基础上,建立弹簧铰缝的铰缝力学模型,推出铰缝损伤程度计算公式,代入相对挠度、剪力和相对转角,计算出铰缝损伤程度,定位损伤位置。研究发现,铰缝真实力是复杂的,因此若只考虑剪切传递并不完整,铰缝的侧向力也十分重要。依据既有铰接板理论,考虑铰缝的侧向力、损伤和变形,提出相应假设,绘制铰缝机械性模型和空心板桥计算模型。基于侧向力和剪切力产生的板梁相对转角和相对位移,建立提出了弹簧铰缝的力学模型,推出铰缝损伤程度的计算公式,并结合数值比较分析验证了计算理论的有效性,将相对挠度、剪力和相对转角代入公式,计算损伤程度,可有效发现铰缝损伤部位和计算损伤程度。结果表明,加载区域越接近损伤位置,损伤定位的精确性越显著,损伤程度识别结果的准确性越高。     

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...     

空心板桥横向联结性能及加固对策分析研究

空心板桥梁在运营多年后铺装层和主梁间铰缝处多会出现典型的纵向裂缝,严重影响空心板的横向联结性能.文章分析了其产生病害的原因及对策,对比了3个有限元模型计算结果和实桥静载试验结果,研究了不同加固方法对桥梁横向联结性能的影响及其规律.     

空心板梁桥铰缝疲劳损伤试验及评估方法研究

为研究混凝土空心板梁桥铰缝在疲劳荷载作用下的损伤规律,设计了三梁两铰缝结构体系的疲劳试验。对板梁挠度、裂缝开展、铰缝两侧的挠度差以及横向开合等进行了分析,提出了可以评价铰缝损伤状态的损伤系数,并在实际桥梁上进行了应用与分析。研究结果表明：在疲劳荷载作用下,铰缝性能劣化以及梁体的刚度退化趋势均具有“快-慢-快”的特点。在约15%的寿命周期中,铰缝开始全线渗水,但铰缝横向传力能力仍较强;在此以后约75%的寿命周期中,铰缝损伤发展较缓慢;在最后约10%的寿命周期里,铰缝传力能力快速下降,梁体损伤迅速,铰缝接近失效。通过对实际桥梁进行试验验证,证明所提损伤系数评价铰缝所处的损伤状态是可行且有效的。     

新型销接钢筋铰缝弯剪复合作用下传力性能

为了研究铺装层厚度和销接钢筋铰缝对空心板桥铰缝传力性能的影响规律,通过改变桥面铺装层厚度和铰缝的配筋形式,设计了2组共4个梁式铰缝试件。进行了弯剪复合作用下结构开裂荷载、通缝荷载和极限荷载测试,与不带铺装层铰缝结构相比,传统结构加铺装层后分别提高了7.7%、114.3%和25.9%,新型销接钢筋铰缝结构加铺装层后分别提高了9.8%、61.3%和58%;与传统铰缝结构相比,新型销接钢筋与铺装层组合使用分别提高了28.6%、66.7%和88.2%,单独使用新型销接钢筋铰缝结构分别提高了26.2%、121.4%和50%。弯剪荷载作用下,加载侧与铰缝间荷载传递,在铰缝界面开裂前依靠界面黏结力,界面开裂后依靠界面黏结力和抗拉钢筋,界面裂缝贯通后,依靠抗拉钢筋传递荷载;铰缝与非加载侧自始至终通过界面黏结力实现荷载传递,新型销接钢筋铰缝多重横向受力钢筋自下而上依次破坏,破坏过程呈现出一定的延性。     

某预应力混凝土简支空心板桥加固性能试验研究

以某预应力混凝土简支空心板桥为研究对象,针对该桥存在的混凝土耐久性、主梁承载能力不足等病害进行了成因分析,并提出了处治措施。通过数值分析,并结合静载试验对该桥改造前后的承载能力进行了评定。研究结果表明:该桥采用更换部分空心板、重设铰缝及桥面补强层加固技术能显著提高旧桥主梁的强度和抗弯刚度,有效改善该桥的使用性能。     

装配式板桥的横向预应力设计

基于摩擦抗剪的概念,提出一种确定横向预应力张拉设计值的方法.计算表明:在考虑板间铰缝及混凝土桥面板纵向开裂的情形下,装配式板桥的横向联结性能随着横向预应力的增大而增加;但是当横向预应力水平达到一定的程度(如NPO)之后,其横向联结性能基本不变,横向预应力的设计张拉值应大干NPO.通过美国马里兰州的一座装配式实心板桥的车载试验,研究了横向预应力对桥梁横向联结性能的影响.理论及试验表明,当桥面板及铰缝没有纵向开裂时,板间具备了足够的荷载横向传递能力,横向预应力对桥梁的横向联结性能影响不大.但横向预应力的存在,保证了铰缝和铺装层开裂后桥梁具有良好的横向联结性能,可以有效地抑制纵向裂缝病害的发展,确保桥梁的使用性能和安全性.     

开孔钢板铰缝连接构造推出试验与数值模拟

目的针对公路空心板混凝土铰缝易损坏现象,提出了开孔钢板连接构造,从而解决混凝土铰缝破坏后单板受力的安全问题.方法通过铰缝结构的推出试验,并观察试件的破坏过程和破坏形态,分析开孔板铰缝连接构造的破坏机理;针对铰缝结构的抗剪性能,采用有限元与推出试验相结合的方法,对开孔板铰缝连接构造进行数值模拟.结果在试验荷载刚开始作用于试件时,由于本身静摩擦力存在,结合面未发生滑移;随着荷载增加,结合面内部开始产生微裂纹,并逐步形成较大裂缝,开孔板、贯穿钢筋、混凝土榫及铰缝结合面共同承受外荷载;铰缝结合面产生贯穿裂缝,界面剪力完全由开孔板、钢筋混凝土榫承担,直至完全破坏.结论推出试验荷载-滑移曲线及试件的破坏形态验证了数值模拟方法的正确性,可为进一步对该新型结构抗剪性能及计算方法研究提供依据.     

无伸缩缝预应力空心板桥板厚优化分析研究

结合某市预应力空心板桥的结构设计与桥梁通用设计图纸,采用桥梁结构设计软件,建立不同跨径和梁高的两等跨无伸缩缝预应力空心板桥的有限元模型;提出一个同时考虑受力性能和造价的优化设计方法;根据该方法分析,得出常用跨径无伸缩缝预应力空心板桥的最优板厚,为无伸缩缝桥梁在工程应用中的优化设计提供参考。     

装配式混凝土空心板铰缝横向弯矩计算

针对传统铰接板法将铰缝构造视为一个无横向抗弯刚度的铰时,无法求解铰缝的横向弯矩值,且现行规范中也无关于铰缝横向弯矩的计算方法问题,将装配式混凝土空心板结构比拟成正交异性板,利用正交异性板挠曲面微分方程,推导出对边简支矩形板横向弯矩的解析解公式,并利用MATLAB编制了相应的计算程序。以跨径10、13、16、20 m的预应力混凝土空心板为例,通过对不同跨径L和桥宽B的参数分析,探讨了空心板铰缝弯矩的分布规律。由于按照理论推导的铰缝横向弯矩求解复杂,因此根据参数分析结果,提出了铰缝横向抗弯的双折线设计计算方法。该方法在计算出跨中截面弯矩设计值的基础上,可根据建议设计曲线得到其他截面铰缝横向弯矩最大值。研究结果表明:在车辆荷载作用下,铰缝最大横向弯矩分为正弯矩和负弯矩,理论计算的方法证明,铰缝横向正弯矩效应与负弯矩效应相差不大;随着荷载从中心位置向一侧横向变化时,铰缝产生横向负弯矩且最大值出现在桥宽中心位置,同一跨径不同桥宽空心板跨中截面的横向弯矩值与其他各截面横向弯矩的比值基本一致;横向弯矩沿纵向分布的曲线与传统铰接板假设的正弦半波相差较大。提出的方法可为铰缝的抗弯设计提供理论参考。     

空心板梁桥铰缝病害分析和维修方法研究

通过对上海市绕城高速南段42座空心板梁桥铰缝典型病害的分析,总结了简支空心板铰缝破坏的病害特征,并结合病害特征综合分析铰缝损坏的原因。进一步对铰缝破坏的维修工艺进行研究,提出一种合理的铰缝维修方法,并通过维修前后板梁外观特征的检查和相邻板梁挠度差的定量测试对铰缝的维修效果进行评定,证明了该方法的有效性。从而为高速公路的简支空心板梁铰缝维修提供参考和建议。     

混凝土桥梁空心板铰缝劣化模拟及预养护研究

目的 研究大跨径空心板梁桥铰缝在不同损伤状态下铰缝混凝土劣化指标,为该类梁桥的预养护提供参考。方法 应用MIDAS软件建立有限元分析模型,并通过试验分析不同受损长度及位置下铰缝劣化指标,进而提出新型铰缝检测方案,基于试验提出铰缝劣化指标,结合注环氧树脂加固技术进行铰缝预养护;结合现有桥梁历年检测数据,提出铰缝混凝土服役年限预估方法。结果 提出了劣化指标公式及铰缝混凝土劣化模型,通过铰缝混凝土劣化模型可计算出劣化时间,试验桥梁采取新型检测方案和预养护结合技术后,铰缝混凝土劣化时间延长至未采取措施前的2倍以上。结论 应用新技术可以提前预防铰缝受损,节约维修加固成本,延长寿命,为此类空心板梁桥铰缝的预养护管理和维修加固提供参考。     

应用虚拟横梁的梁格法计算铰接空心板内力

以预应力混凝土简支空心板桥作为研究对象,采用虚拟梁格法,应用MIDAS有限元软件,对铰接缝预应力简支空心板的内力进行了计算,并与应用铰接板法计算的预应力混凝土简支空心板的内力进行了比较.通过比较两种方法的计算结果,验证采用虚拟梁格法计算铰接空心板的可行性及准确性.     

基于层间接触的空心板梁及桥面铺装在双轴移动荷载下的力学响应分析

目的研究考虑铺装层间接触的桥面铺装及空心板梁在双轴移动荷载下的受力状态,以解决混凝土桥梁在桥面铺装设计时对铺装层之间的关系状态考虑不全面的问题.方法采用ABAQUS有限元软件建立含有沥青铺装层、粘结层、混凝土调平层、空心板及铰缝的数值模型,利用子程序模拟行车移动载荷,设置库仑接触摩擦建立层间接触,考虑不同荷位、层间摩擦系数对空心板梁及桥面铺装的影响.结果铺装层间最大水平接触力出现在梁端区域;铰缝与空心板的挠度相差10%,应力在轮载附近处变化较大;沥青铺装与粘结层间接触摩擦应力为0.209 3 MPa,大于混凝土铺装与粘结层间接触摩擦应力0.156 MPa;连续模型与接触模型的应力最大差值达4.5倍.结论不同结构层间界面薄弱,易发生剪切破坏;为防止板与铰缝间发生剪切破坏,可加强轮载附近处板与铰缝的连接;采用不同措施处理各层之间的粘结,可使经济效益最大化;将铺装层视为连续体考虑不周,层间接触假定更符合实际情况.     

桥面铺装对简支空心板桥受力行为的影响研究

为了研究桥面铺装层对简支空心板桥受力性能的影响,将有限元计算结果与实桥静载试验结果进行了对比,分析了考虑及不考虑铺装层两种情况下的空心板桥在受力行为上的差异,研究了设有不同设计参数或状态铺装层的空心板桥受力特性的差异及其变化规律;研究结果表明铺装层可以有效地削减简支空心板桥的反应;通过加厚铺装层、增强连续性可以改善空心板桥的受力,其中采用桥面连续结构方法效果更为明显.研究结果对同类桥梁设计有一定的借鉴意义.     

碳纤维布加固预应力混凝土空心板桥力学性能分析

利用Midas/FEA有限元软件对承载能力不足的装配式预应力混凝土空心板桥,进行了碳纤维布和预应力碳纤维布加固后的力学性能分析.计算结果表明:采用碳纤维布加固可以使空心板的承载能力得到提高,受力性能得到改善;加固后空心板的钢绞线及混凝土的应力都有所减小,挠度明显减小;裂缝在空心板截面上的发展高度明显降低,虽然裂缝的数量增多,但碳纤维布有效地抑制了裂缝的发展,使其间距变小、分布均匀;采用预应力碳纤维布加固空心板桥,其各项性能均优于普通碳纤维布加固空心板桥,且可以使碳纤维布的高强性能得到充分发挥.