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。     

分离式空心板梁桥的荷载横向分布系数计算方法

为推动新型分离式空心板梁桥的工程应用,提出针对该桥型的荷载横向分布系数计算方法。选取主梁间距、桥梁跨径、桥宽和梁高作为影响桥梁横向受力性能的参数,采用ABAQUS有限元软件计算不同参数组合的分离式空心板梁桥结构在单车道和多车道荷载作用下的弯矩和剪力横向分布状况,探究关键参数对荷载横向传递的影响规律;通过非线性回归分析法拟合得到弯矩和剪力横向分布系数在不同荷载工况下的计算公式。实桥算例验证结果表明,该方法计算结果可信,具有一定的安全度,能够较好地满足工程设计的要求。     

宽幅装配式箱梁桥荷载横向分布系数计算

目的提出弹性支撑无推力框架计算方法,以提高宽幅装配式箱梁桥荷载横向分布系数计算的准确性与适用性.方法通过计算装配式箱梁桥在单位荷载作用下的应变能,基于能量比拟原理,得到其对应的弹性支撑无推力框架及其刚度参数;再利用平面杆系有限元计算弹性支撑无推力框架柱的荷载横向分布系数,从而得到宽幅装配式箱梁桥各主梁的荷载横向分布系数;以贵州某一宽跨比为0.87的装配式箱梁桥为背景,分别采用G-M法、ANSYS有限元数值方法、弹性支撑无推力框架计算法计算,并与实桥荷载试验计算结果进行比较分析.结果等效弹性支撑无推力框架计算得到的荷载横向分布系数与荷载试验法结果较为接近,误差在10%以内,与G-M法、ANSYS有限元数值方法计算结果相比,不仅精确度高且更加方便高效.结论等效弹性支撑无推力框架模型能准确计算大宽跨比装配式箱梁桥荷载横向分布系数,且对于一般宽跨比装配式箱梁桥具有较好的适用性,满足工程实际要求.     

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。     

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．     

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。     

考虑剪切变形的多梁式改进型波形钢腹板组合小箱梁桥荷载横向分布系数计算

目前有关钢-混组合箱梁桥的剪切变形对其荷载横向分布影响的研究较少。首先,在考虑自身剪切变形的基础上,采用正弦荷载得出刚度折减系数,并推导出了考虑剪切变形效应的偏心压力法、修正偏心压力法以及考虑剪切变形效应的刚接梁法等,用于计算多梁式波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板(简称改进型波形钢腹板,即CSWSB)组合小箱梁桥横向荷载分布系数的方法的计算公式;然后,选取一多梁式改进型波形钢腹板组合小箱梁桥实桥进行了试验研究;最后将采用文中讨论的各计算方法计算得到的结果与有限元法结果、试验实测值进行了对比分析。结果表明:采用考虑剪切变形效应的刚接梁法得到的挠度值和Ansys模拟值更为接近,计算跨中的荷载横向分布系数时应采用考虑剪切变形效应的刚接梁法;当桥梁结构不满足窄桥条件时,宜采用考虑剪切变形效应的刚接梁法计算跨中截面的荷载横向分布系数;当满足窄桥条件时,可以采用考虑剪切变形效应的修正偏心压力法计算横向分布系数。     

基于协同工作系数的空心板桥铰缝性能评估

为量化评估混凝土空心板桥铰缝性能,采用Midas软件建立19.6 m跨径的空心板桥有限元模型,对跨中部位不同损伤程度的铰缝进行数值模拟,得到相应工况下板梁的横向分布影响线,提出基于铰缝协同工作系数的铰缝性能判别方法,可将铰缝状态划分为完好、轻微损伤、中等损伤、严重损伤、完全失效等5个等级.同时建立了铰缝协同工作系数与损伤度、错台、开合及挠度比等指标的数学模型,应用于实际桥梁的铰缝性能评估.     

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。     

基于静载试验的Ⅰ型钢-混组合梁桥的荷载横向分布研究

为探讨装配式Ⅰ型钢-混组合梁桥的荷载横向分布规律,以跨径为30 m的钢-混组合简支梁桥为研究对象,通过MIDAS Civil有限元软件建立梁格模型反算其横向分布系数,同时采用偏心压力法、修正的偏心压力法、刚接板梁法、"G-M法"等计算其横向分布系数,与静载试验结果进行对比,研究其荷载横向分布规律.试验结果表明:对于跨径...     

大宽跨比连续T梁桥横向分布系数计算方法比较

为了解大宽跨比装配式连续T梁桥荷载横向分布规律,需探讨简化横向分布系数计算方法在宽跨比大于0.5之后的适用性.采用空间有限元法对由7~15片主梁组成的连续T梁桥进行研究,并与3种简化横向分布系数计算方法:修正偏心压力法、刚接梁法和G-M法进行比较分析.结果表明:G-M法计算的结果与空间有限元法接近,可直接用于计算宽跨比大于0.5的装配式连续T梁桥的中梁,边梁的计算建议乘以0.95的修正系数;修正偏心压力法和刚接梁法计算的结果与空间有限元法偏差较大,已经不适用于计算大宽跨比桥梁.     

混凝土空心板梁铰缝损伤研究

为了研究20m跨径的混凝土空心板梁桥在极限状态下的破坏模式,通过8 m缩尺梁替代20 m原型梁,并通过有限元分析和单梁静载试验验证其合理性。对8m缩尺空心板梁进行单梁及三片梁铰接体系静载结构试验,揭示了板梁损伤及铰缝损伤劣化规律。试验结果表明:8m缩尺梁可以在一定程度上反映出20m原型梁结构的力学性能规律。荷载作用下中梁跨中产生的下挠和应变最大,板梁产生损伤后将迅速发生破坏。铰缝未产生严重损伤前,板梁的挠度、梁底应变与荷载呈线性变化关系;达到严重损伤刚度发生转变后,则呈非线性变化,且铰缝的开合和错台数值发生较快增长。     

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。     

空间计算理论在铰接板桥横向分布系数计算的探讨

目前对于装配式空心板桥的横向分布系数计算一般采用铰接板法,然而该方法认为所有主梁的刚度是相等的,这与实际不符。实际中边梁带有悬臂,则边梁刚度与中梁不等,其横向分布系数与刚度相等的计算结果有差异。采用空间计算理论(梁格法、板壳元法)计算得到横向分布系数,与铰接板法、边梁与内梁刚度不等的横向分布计算方法的结果进行比较分析,给实际工程的设计提供参考。     

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.     

用梁格法模拟斜交板梁的荷载横向分布

本文介绍的是用梁格法模拟斜交板梁桥荷载试验时的荷载横向分布问题,由于斜交板梁荷载横向分布的复杂性,通过简化计算的方法和ANSYS的BEAM44梁单元计算的方法求出横向分系数,得出理论应力与挠度值和试验相比较,分析讨论其斜交空心板梁横向分布其根据实际情况计算适用性及准确性。     

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.     

斜交空心板连续梁桥拼宽结构收缩徐变分析

以某斜交空心板连续梁桥为工程背景,进行实桥拼宽后的应变和位移监测以及非线性有限元分析,研究混凝土收缩徐变对斜交空心板梁桥拼宽结构受力性能的影响.研究结果表明:利用ABAQUS计算得到的收缩徐变对斜交空心板梁桥的结构受力性能的影响,与实测结果较为吻合;斜交空心板拼宽桥梁中,新桥收缩徐变会导致中跨跨中梁底纵横向应变显著增加,收缩徐变对拼宽斜交桥位移的影响,以横向位移最大,纵向位移次之,竖向位移最小.     

空心板桥横向分布系数计算方法精度分析

根据预制装配施工空心板桥的结构受力特点,发现其横向分布系数的计算,对桥梁的设计、施工及管养都有重要作用。通过ANSYS软件对空心板横向受力分布情况进行研究,采用弯矩比、挠度比对其横向分布系数进行计算,并与理论计算、实桥试验进行了精度对比研究。基于上述研究提出了以空间受力计算理论为基础,以实际桥梁为验证的切合实际的横向分布计算方法,对工程实践起到了一定的指导作用。