在役预应力混凝土箱梁开裂后承载力评估

针对目前大量存在的在役预应力混凝土箱梁桥跨中下挠和开裂的现象,基于主要受力裂缝的外观统计特征,通过构造两类损伤单元,即正裂缝区损伤单元和斜裂缝区损伤单元,采用刚度折减和引入平面刚架模型的方法,建立了基于裂缝统计特征参数的损伤预应力混凝土箱梁计算模型,提出了基于截面刚度变化的预应力混凝土箱梁桥截面有效刚度折减系数和基于混凝土受压区应力变化程度的承载力折减系数,从而实现了对在役预应力混凝土结构开裂损伤后,在其使用过程中的受力性能评价.     

体外预应力加固混凝土简支梁的反拱挠度分析

为了在施加预应力阶段准确地计算混凝土梁的反拱挠度,在计算过程中将混凝土梁的抗弯刚度分为有裂缝抗弯刚度和裂缝闭合抗弯刚度.试验采用6根体外预应力加固混凝土简支梁进行研究,先将混凝土梁加载至一定裂缝宽度,再进行体外预应力加固.在试验过程中发现,从张拉预应力初始阶段到张拉预应力结束,由于混凝土梁裂缝的逐渐闭合,混凝土梁的抗弯刚度是逐渐增大的.通过对混凝土梁的截面分析,将混凝土梁的抗弯刚度分为有裂缝抗弯刚度和裂缝闭合抗弯刚度,提出了体外预应力加固混凝土简支梁反拱挠度的计算方法,并用试验结果与计算公式的计算值进行了对比分析,结果表明,计算结果与试验结果吻合较好.     

开裂钢筋混凝土梁的车致振动研究

为了研究裂缝对钢筋混凝土梁车致振动性能的影响,提出了一种能考虑混凝土呼吸裂缝尖端闭合效应的模拟方法,并采用分离式分析方法编制了开裂钢筋混凝土梁与车辆的耦合振动分析程序,并以开裂的钢筋混凝土简支梁为例进行开裂梁车致振动分析。研究表明:在相同的车辆荷载作用下,钢筋混凝土梁开裂前后的挠度变化趋势相同,但裂缝的存在会使挠度变大。考虑呼吸裂缝的闭合效应后,移动车辆荷载作用下开裂截面刚度呈"U"形变化,开裂混凝土梁会发生亚谐振动,且亚谐振动的频率幅值会随着车辆荷载的变化发生迁移。所提出的混凝土裂缝的变刚度模型能够更加真实地体现裂缝的本质,可以用于开裂混凝土梁的动力分析,发现的开裂钢筋混凝土的亚谐振动现象可为桥梁结构的裂缝损伤的识别提供一种思路。     

活性粉末混凝土(RPC)预应力叠合梁受弯性能研究

为研究活性粉末混凝土(RPC)材料的结构性能,设计了三根活性粉末混凝土无粘结预应力叠合梁,对其受弯性能进行了研究,得到了关于截面应变分布、钢绞线应力增量、中点挠度等有效的试验数据以及试验梁的裂缝分布和破坏特征．试验结果表明,RPC叠合梁的截面应变符合平截面假定;裂缝分布仍然具有明显的纯无粘结预应力梁的裂缝分布特征;荷载-挠度曲线为两直线段形状,且有效预应力越大,试验梁延性越差,破坏时挠度越小,荷载-预应力增量曲线形状与荷载-挠度曲线形状相似,呈两直线段．文中还建立了试验梁的开裂弯矩和刚度计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好．     

基于钢束应力测试的预应力混凝土箱梁承载力评估方法

为了解决在役开裂损伤预应力混凝土箱梁桥安全性能的量化评估问题,在局部预应力钢束有效预应力测试的基础上,开展开裂损伤预应力混凝土箱梁桥承载力评估方法研究。首先,基于参数识别与修正思想,将预应力瞬时损失中的摩阻损失和反摩阻损失值用摩阻损失相关参数表示,提出一种基于表层钢束应力推定内层钢束应力的方法,解决预应力混凝土桥梁钢束沿程实际应力分布的量化表达问题。其次,考虑截面受拉区混凝土抗拉强度影响,推导考虑受拉区混凝土开裂影响的截面分析迭代公式,提出迭代求解方法和步骤。最后,开展3片实梁足尺模型试验,采用预应力钢索张力测试仪对开裂损伤的试验梁跨中截面表层钢束进行了应力测试,并将提出的方法应用于钢束有效应力预测,得到了跨中截面所有钢束的应力推定值。进行了桥梁极限承载力试验,得到全过程加载下的结构受力与变形实测值及破坏模式,并将理论算法与试验测试结果进行对比分析。研究结果表明:各级荷载下的试验梁应变理论计算值与试验测试值具有较好的一致性,提出的钢束应力预测方法和截面分析方法能准确反映开裂损伤预应力混凝土箱梁的力学特征,可用于开裂损伤的预应力混凝土箱梁桥运营期间承载能力的量化评估。     

预应力碳纤维布加固效果试验研究

通过预应力碳纤维布加固试验梁试验,模拟预应力混凝土旧桥加固方法,试验过程采用分级加载方式,对试验梁加固前后各级荷载作用下控制截面的应变、位移和裂缝宽度进行详细加载测试。试验结果表明,预应力碳纤维布加固方法兼具体外预应力和普通碳纤维布两种主、被动加固方法的优点,能够有效降低开裂结构控制截面的应变、挠度和裂缝宽度,提高结构刚度和耐久性,延长桥梁使用寿命。     

纤维聚合物筋混凝土梁正截面性能的研究

试验研究表明,纤维聚合物筋混凝土梁荷载挠度曲线以截面初裂为界限点分为两个线性阶段.正截面开裂前,荷载挠度曲线基本为线性,截面刚度较大;正截面开裂时,裂缝先在纯弯段出现,荷载挠度曲线出现转折点.随着荷载增加,纯弯段正裂缝发展,剪跨段斜裂缝产生并向梁的受压区加荷点扩展,梁的刚度较截面开裂前减少,荷载挠度曲线基本为线性直到梁破坏.在试验研究的基础上,探讨了纤维聚合物筋混凝土梁的非线性全过程数值分析方法,用计算机模拟了试验梁的跨中弯矩-挠度关系曲线,并用试验数据进行了验证.     

基于刚度降低的大跨径预应力混凝土(PC)连续箱梁桥跨中挠度分析

为了研究大跨径预应力混凝土(PC)连续箱梁桥刚度降低对跨中挠度的影响。首先,通过一组小梁试验,总结了简支梁在集中力作用下的裂缝发展及分布规律;其次,建立了三个不同跨径的三跨连续箱梁桥有限元模型,采用跨中向两侧逐步降低单元刚度的方法模拟损伤,在集中力作用下跨中挠度呈现了"快速发展-缓慢增加-加速下挠"的变化规律。同时,计算了某实桥在预应力降低的条件下跨中挠度的变化情况;并提出了顶底板的预留预应力束张拉位置的建议。     

预应力钢纤维混凝土梁斜截面抗裂试验与计算

为研究预应力技术对钢纤维混凝土抗裂性能的增强效果,通过无粘结预应力钢筋钢纤维混凝土简支梁斜截面抗裂性能试验,建立了无粘结预应力钢筋钢纤维混凝土简支梁斜截面抗裂承载力的计算公式;分析了钢纤维含量特征值与剪跨比等因素对无粘结预应力钢筋钢纤维混凝土简支梁斜截面开裂裂缝形态的影响;探讨了钢纤维含量特征值、剪跨比与有效预压力对预应力钢筋混凝土梁的影响程度与规律.研究表明,预应力与钢纤维可以有效提高钢筋混凝土梁的抗裂承载力.一定范围内,斜截面抗裂承载力随钢纤维体积分数和长径比的增大而提高;预应力可延迟剪跨区梁底弯曲裂缝的出现,减小斜裂缝的倾角,增大剪压区高度.     

预应力钢-混凝土组合连续箱梁的变形分析

以3片钢-混凝组合连续箱梁的变形试验为基础,其中RC1为普通组合梁,PC2和PC3为预应力组合梁,并结合虚功原理和换算截面法,提出了一种考虑自重、堆载、预应力和开裂影响的钢-混凝土组合梁变形计算方法.试验结果表明:预应力对钢-混凝土组合梁的变形影响较大,且有效预应力越大,跨中挠度越小;对于普通钢-混凝土组合连续箱梁,可通过考虑滑移效应的刚度折减法考虑混凝土板开裂对变形的影响;分析得到的理论挠度与实测挠度吻合较好.     

体外预应力梁动力特性的分析方法

以体外预应力简支梁为例，讨论了预应力梁的振动过程中预加力的变化情况，建立了梁的受力模型，导出了预应力梁横向弯曲振动的微分方程．采用模态摄动法，得出求解预应力梁的动力特性的近似求解方法．通过算例结果和实验数据的比较，验证了算法的准确性．     

桥梁监测系统中梁桥静力应变传感器的优化配置

为了探索桥梁结构监测系统中静力应变传感器在梁桥中的优化配置,以简支梁桥为研究对象,以传递误差最小为优化准则建立了梁桥静力监测系统传感器优化的数学模型,根据简支梁截面弯矩与挠度的关系,建立了以控制截面挠度的传递误差为最小的目标函数,并采用遗传算法的优化计算方法,提出了适用于梁桥的基于传递误差最小准则的传感器优化配置方法。实例优化结果表明,简支梁桥的应变传感器,除在跨中控制截面布点外,其余应变传感器应均匀布置。     

含横向裂纹悬臂梁的损伤检测

研究了含有横向裂纹的悬臂梁的弯曲问题,并给出了一种对悬臂梁进行损伤检测的方法.将梁的损伤模拟为一个附加柔度,根据理论分析,建立了梁的挠度和损伤位置以及附加柔度之间的关系,定义损伤处梁的剖面惯性矩与完整剖面的惯性矩之比为惯性矩系数,结合有限元法,建立附加柔度和惯性矩系数的关系,给出了一个由附加柔度计算惯性矩系数的公式,根据惯性矩系数估计损伤程度.通过一个梯形截面梁的算例证明,提出的计算公式和损伤检测法是准确有效的.     

简支深肋组合扁梁的抗弯承载力计算

针对深肋组合扁梁在塑性受力阶段截面应力状态的复杂性,为克服现有的抗弯承载力计算方法较多地依靠工程经验的缺点,文中在对两个简支深肋组合扁梁进行承载试验的基础上,提出了采用等效矩形应力图的计算方法,建立了深肋简支组合扁梁的截面抗弯承载力计算模型,推导了截面抗弯承载力的计算公式,利用现有的试验结果给出了混凝土峰值应力折减系数建议值．试验结果初步验证了所建立的组合扁梁抗弯承载力计算公式的正确性．     

基于不同载重与车速的简支梁桥动力响应

采用振型分解法求解车桥耦合振动方程,分析简支梁桥在不同载重和车速作用下的动力响应.车辆采用1/2车模型,简支梁桥采用欧拉梁,建立车桥耦合振动方程,运用Ansys软件,得出简支梁桥跨中挠度变化曲线.结果表明,车辆载重的增加导致桥梁跨中挠度增加,车辆标准载重及车辆超载100%时跨中挠度分别为0.028,0.049 m.随着车辆速度增加,简支梁桥跨中挠度在车速60 km/h时达到峰值,此时桥梁与车辆产生共振.     

钢筋混凝土结构裂缝损伤状态模型建模方法与分析

提出了一种钢筋混凝土(RC)结构裂缝损伤状态模型的有限元建模方法.基于弥散裂缝数值模型,采用ANSYS中APDL实体建模技术,通过调控单元应力应变关系矩阵来模拟裂缝开裂后的力学行为,建立钢筋混凝土结构在含有稳定裂缝损伤情况下的状态模型.作为数值算例,分析了钢筋混凝土简支梁在不同开裂状态、不同开裂位置和多种阻尼工况下的静动力特性.结果表明,混凝土首次开裂对结构静动力特性影响最大,已有裂缝的张开闭合对结构的影响较小.简支梁的不利开裂位置集中在荷载响应较大的支座和跨中附近,以支座处最为不利.阻尼削弱钢筋混凝土梁的动态响应,对结构影响机理复杂,非线性明显.上述分析验证了该裂缝损伤状态模型建模方法的合理性和有效性.     

腹板开洞工字型钢梁的挠度研究

工程中常常会有在工字型钢梁腹板上开洞的情形,腹板开洞会影响钢梁的变形性能.就此问题进行了研究,将腹板开洞钢梁的挠曲变形视为完整的未开洞钢梁的挠曲变形和由于开洞引起的附加挠曲变形的叠加.对洞口处的应力应变进行了分析,得到了腹板开洞钢梁弹性挠曲变形的计算公式;同时,利用有限元分析软件ANSYS建立模型计算出腹板开洞钢梁的挠度,绘制挠度曲线.通过ANSYS进一步验证了计算公式的正确性.     

轴向受力屈曲梁弱受迫振动的稳态响应

研究了均匀各向同性黏弹性梁的横向非线性振动, 该梁在支承两端受到一对轴向压力的作用而发生屈曲, 同时还受到横向简谐激励作用. 通过对屈曲梁的控制方程作坐标变换, 导出了以屈曲平衡位形为坐标轴的扰动方程. 在两端简支边界条件下, 运用Galerkin 方法将其离散化为多自由度非线性振动系统. 在存在内共振的情况下, 应用多尺度法计算得到弱受迫振动时前两阶模态的幅频响应曲线, 并发现了带有平方非线性项的系统所特有的饱和现象.     

桁架式钢骨混凝土梁斜截面承载力试验

对4根桁架式钢骨混凝土简支梁的静力进行了试验,研究剪跨比和钢骨腹板含钢率对桁架式钢骨混凝土梁的斜截面抗剪承载力的影响以及斜截面的破坏形态。试验结果表明:随着剪跨比的升高,桁架式钢骨混凝土梁的斜截面抗剪承载力逐渐降低,而且其破坏形态由斜压破坏向剪切粘结破坏发展;随着腹板含钢率的提高,桁架式钢骨混凝土梁斜截面抗剪承载力明显得到提升。最后,推导了桁架式钢骨混凝土梁斜截面抗剪承载力公式,计算结果与试验结果符合良好。