预应力混凝土连续箱梁桥裂缝成因分析及其长期监测

针对在桥梁建造和使用过程中出现的因裂缝而影响工程质量的问题,通过对一座在使用初期箱梁底板出现裂缝的在役预应力混凝土连续箱梁桥的长期监测、车辆荷载试验以及有限元法模拟分析,探讨了预应力混凝土连续箱梁的裂缝成因及其裂缝对使用性能的影响.结果表明,交通运输量的迅速增长导致了桥梁实际使用荷载超过当年设计荷载,使得箱梁的横向应力超过了混凝土的抗拉强度,是预应力混凝土连续箱梁桥出现纵向裂缝的一个主要原因。     

预应力混凝土连续梁桥病害分析及维修加固设计

预应力混凝土连续梁桥在运营若干年后,部分桥梁出现跨中下挠过大,跨中底板横向开裂、腹板出现斜裂缝,顶、底板出现纵向裂缝等病害,影响桥梁结构安全和正常使用。文章根据多座桥梁维修加固施工过程,阐述预应力混凝土连续梁桥的主要病害成因及维修加固的主要方法和设计原则,并以某高速公路桥梁维修加固为例,分析大跨径预应力混凝土连续梁桥维修加固过程和方法。     

预应力混凝土构件的可靠度与张拉应力控制的一些思索

从理论和具体的数据对部分预应力混凝土构件的钢筋应力进行了分析,当构件上的预应力钢筋的张拉应力值不同时,将对构件中的预应力钢筋和非预应力钢筋的应力分配产生影响,进而探讨此类构件的可靠度,并对设计此类构件提出建议。     

连续梁桥中跨底板预应力束对边跨变形的影响

中跨底板预应力束对桥梁的变形具有较大的影响,迄今为止,有关中跨底板预应力束研究的文献较多,但考虑它对边跨变形影响的文献却不多.以某预应力混凝土连续梁桥为例,对影响连续梁桥边跨变形的因素做了简述.结合Midas/civil程序建立了该桥的空间梁单元有限元计算模型,计算了中跨底板预应力束张拉前后主梁边跨的变形值,并对计算值和实测值进行了比较,得出的一些结论对同类桥梁的变形分析具有一定的参考价值.     

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.     

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。     

克服典型病害的新型预应力混凝土空心板梁设计

提出了一种新型预应力混凝土空心板梁结构形式。采用匹配预制,界面设置剪力键的方法解决铰缝问题;采用双向预应力筋布置,保证桥梁纵向受力的同时,也防止了梁体纵向裂缝的出现,并保证匹配界面存在压应力。同时,采用底板开孔的方法,减少预应力混凝土空心板梁内外的温差,采用顶板切槽式拉毛,保证顶面桥面铺装与预应力混凝土空心板梁的粘结作用。设计算例的有限元分析表明,匹配预制双向预应力开孔混凝土板梁的底板,纵桥向和横桥向压应力储备分别大于2.58 MPa和0.16 MPa,有效的防止了底板纵向裂缝和铰缝病害的产生。     

结构体系转换顺序对大跨连续梁桥施工控制的影响研究

利用桥梁结构分析软件MIDAS/Civil建立桥梁结构计算模型,对某在建特大跨悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥的整个施工过程进行仿真分析,同时运用前进分析法对桥梁结构进行施工控制分析计算,重点对结构体系转换过程中临时固结拆除引起悬臂端挠度过大以及由于跨中底板预应力筋引起的张拉后底板压应力过大等问题进行了深入研究,提出通过优化结构体系转换顺序的方法解决以上问题.优化方案的验算结果符合设计规范要求,建议已被采纳.     

基于ANSYS的预应力筋张拉顺序数值模拟及优化

后张法预应力混凝土构件在预应力筋进行张拉时,一般基于对称张拉的原则,确定张拉顺序.采用有限元程序对某大型后张法预应力构件的张拉过程进行了仿真模拟.基于2种不同张拉顺序的方案,计算出2种张拉顺序对构件应力和变形的影响,并对张拉顺序进行了优化.该方法可为类似大型预应力构件的张拉顺序提供一个参考.     

预应力CFRP加固混凝土桥梁非线性分析

为研究预应力CFRP加固混凝土桥梁的受力性能,以阜新市东环路大桥加固工程为背景,应用预应力CFRP对其进行加固。运用ANSYS软件对6组预应力CFRP加固的混凝土桥梁的受力性能进行了数值模拟,得到的荷载—挠度曲线与理论结果吻合较好,验证了有限元模型的准确性,在此模型基础上对预应力CFRP加固混凝土桥的受力性能进行了非线性分析,研究了预应力CFRP加固中预拉力值大小、粘贴层数对被加固桥梁受弯性能的影响。结果表明,预应力CFRP加固桥梁较非预应力CFRP加固桥梁其屈服荷载与极限荷载提高20%~40%,挠度降低25%~55%,混凝土与CFRP之间剥离的应力产生几率大大减小,有效解决了非预应力CFRP加固梁所产生的应力应变滞后的问题。     

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.     

滨州黄河大桥主梁边箱模型试验

滨州黄河大桥主桥是三塔预应力混凝土斜拉桥,主梁为预应力混凝土箱梁.为加强主梁受力的整体性,抵抗静载和动载产生的横向弯矩,横梁结构内设置了横向预应力钢束.进行标准梁段足尺模型试验,观测试验模型横向预应力钢束张拉后,主梁边箱测点的应变,以及模型表面混凝土裂缝的情况.采用空间有限单元法,建立主梁节段的计算模型,对主梁边箱在横向预应力作用下的受力特性进行分析.研究表明,在张拉横向预应力钢束以后,主梁边箱斜腹板中部会出现高拉应力区以及混凝土裂缝.可以采取在边箱上翼板内增设纵向预应力束、增设边箱斜腹板内纵向非预应力钢筋等技术措施来改善边箱斜腹板的受力情况,避免混凝土裂缝出现.     

预应力混凝土箱梁桥腹板施工裂缝成因与对策

为了找出预应力混凝土连续箱梁桥施工过程中,腹板有可能出现斜向裂缝的原因,运用光纤技术对预应力张拉过程进行监测,并利用有限元软件ANSYS对结构进行模拟分析。结果表明：有斜向预应力钢束区域大部分范围内的第一主应力均大于2.60MPa,得知裂缝是腹板内主拉应力超过混凝土抗拉强度所致,受腹板纵向预应力布置方式的影响。     

预制预应力混凝土板组合梁受力性能试验研究

针对钢与混凝土连续组合梁负弯矩混凝土开裂问题提出了预制预应力混凝土板组合梁结构形式.为了对比和分析预制预应力混凝土板连续组合梁与常规连续组合梁力学性能的异同,进行了2根连续组合箱梁的静力试验.测试了在不同荷载作用下组合梁的变形、不同截面上构件的应变分布、混凝土的裂缝、钢与混凝土之间的相对滑移以及极限承载力等.由试验测试结果可得预制预应力混凝土板连续组合箱梁的初始开裂荷载和正常使用状态的极限荷载分别是普通连续组合梁的3.16倍和2.61倍.通过计算分析得到在相同预应力情况下的预制预应力混凝土板连续组合梁的开裂弯矩是常规预应力组合梁的1.54倍.     

桥面板徐变对曲线组合梁桥剪力钉受力性能的影响

钢-混组合梁桥中桥面板与钢主梁通过剪力键连接,混凝土板徐变效应会对剪力键内力产生影响。为探究这种影响,本文以某座钢-混组合曲线梁桥为背景,使用ANSYS建立精细化实体有限元模型,按金属蠕变原理模拟混凝土板徐变效应,在考虑施工阶段的基础上研究混凝土板徐变效应下剪力钉的力学行为。研究表明：钢纵梁处剪力钉横桥向徐变内力约为顺桥向2.0倍,但徐变内力变化趋势均相同即每跨跨中向两侧支点逐渐递增,徐变内力极值均出现在支点湿接缝附近剪力钉上。钢横梁剪力钉横桥向、顺桥向内徐变内力均由横截面中线向两侧逐渐增加,但受“弯扭耦合”影响,横梁内、外侧剪力钉徐变内力相反。徐变影响下全桥剪力钉顺桥向徐变滑移分布较横桥向更加均匀,绝大多数剪力钉顺桥向徐变滑移量仅为横桥向的30%~50%。混凝土板徐变效应对剪力钉内力影响随时间的增加而减弱,内力影响最大是成桥初期3个月;增加混凝土板预制龄期可显著降低成桥时剪力钉的徐变内力,推荐采用龄期为180d的桥面板,并计入10年徐变效应可满足工程要求。     

混凝土板梁桥合理构造数值分析

为研究不同桥面板厚度和铰缝深度对混凝土板梁桥的刚度及受力性能的影响,建立了30组简支板梁ANSYS有限元数值模型,通过施加中载和边载,取有代表性的板厚和铰缝深度进行分析。分析结果表明,随着桥面板厚度的增加,板梁挠度及板梁底横向拉应力逐渐减小,铰缝内的横向拉应力和竖向剪应力逐渐减小;随着铰缝深度的加大,各板梁挠度差逐渐减小,板梁底横向拉应力逐渐增大,铰缝内的横向拉应力和竖向剪应力逐渐减小;并且随着桥面板厚度的增加,铰缝深度对板梁桥的刚度及受力性能的影响效果逐渐降低。最后,建议板梁桥设计采用薄板梁厚桥面板的结构形式,以提高结构的整体刚度和改善受力性能。     

基于损伤模型的聚碳酸酯板桥异常裂缝成因分析及处置

预应力钢筋混凝土简支板桥由于自身结构简单、便于施工、较强的适应性以及较为经济等优点,如今仍被用作桥梁首选的桥型设计之一。但其也存在一些不足之处,许多桥梁在通车不久就相继出现不同的病害,其中梁板横向裂缝与纵向裂缝病害较为常见,将会对桥梁结构的安全性及耐久性产生较大影响。以一个先张法预应力混凝土空心板桥梁作为依托工程,分析了该桥梁端异常横缝产生的原因,通过有限元分析软件ABAQUS建立单梁的1/4模型进行分析,探讨预应力空心板梁在超载及预应力逐渐损失的情况下,对梁端产生横向裂缝的影响。结果表明:随着荷载的增大和预应力的不断损失,梁端附近混凝土损伤较为严重,且应力应变最先达到最大,先于其他部位出现开裂。在此基础上,通过TRM加固方法对损伤梁进行加固处理,整体承载能力显著提高,破坏形态明显改善。     

部分斜拉桥混凝土脊骨梁受力机理与结构优化

长山大桥为主跨260m的双索面预应力混凝土部分斜拉桥,跨度为同类型桥梁之最.为保证双索面布置的主梁受力可靠,基于索梁传力机理提出了一种具有稳定三角边箱室的主梁结构形式——脊骨梁,并优化分析确定了多向混合预应力配束尤其是主梁下缘"弓形"预应力束的布置方案,以及在三角边箱室设置加劲肋以替代横隔板的横向传力构造.通过建立全桥有限元模型进行数值模拟分析计算,结果表明,在最不利状态下全桥应力、挠度远低于规范限值,剪力滞现象得到明显改善,横向受力更为均匀、合理.