体内体外混合配束节段预制箱梁受弯性能试验

为了探索体内体外配束比对节段预制箱梁受弯性能的影响,考虑3种水平的体内体外混合配束比,制作3根节段预制拼装箱梁进行极限承载力试验,研究了体内体外不同配束比下,节段预制箱梁的变形特点、裂缝分布特征及破坏模式。研究结果表明:体内束布置越多,节段预制箱梁的承载力越高;梁体变形主要集中在节段接缝处;梁体的裂缝是沿胶接缝的素混凝土开裂,张开的接缝沿梁高方向分布符合平截面假定;极限承载力状态下,体外束的应力可达1 400~1 600 MPa,应力增量可达35%~45%;当梁体破坏时,普通钢筋的累积应变仍小于钢筋屈服应变,建议普通钢筋按照构造配筋配置。     

基于乌龙江大桥的预应力配筋方案优化研究

多跨度连续箱梁桥采用水平向直线预应力筋和竖向预应力筋相结合,取消下弯筋,施工方便;但竖向预应力筋较短,预应力损失较大,主拉应力实际上不能完全抵消,腹板斜截面容易出现裂缝,影响结构的正常使用.曲线预应力筋较长,后期预应力损失较小.乌龙江大桥采用了主要依靠曲线预应力抵抗主拉应力和竖向预应力作为安全储备的配筋方式,大桥实测和分析表明其有效预应力可靠性高,在设计中应加以推广.     

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。     

预应力混凝土简支箱梁裂缝损伤参数影响分析

针对开裂损伤后的在役预应力混凝土简支箱梁桥,将承弯段受拉裂缝和剪弯段斜裂缝作为主要特征裂缝,建立基于主要裂缝统计特征参数的开裂预应力混凝土箱梁损伤计算模型;将受弯裂缝总宽度、斜裂缝数量和斜裂缝高度作为3个敏感变量,分别进行参数影响分析,以确定其对结构控制截面变形和应力的影响。研究结果表明:承弯区受弯裂缝总宽度对结构的内力和变形影响较大,造成结构抗弯刚度明显减小,变形增大,压区应力增加;斜裂缝数量对结构内力和变形有一定影响,但影响程度明显小于承弯段受弯裂缝;斜裂缝高度对结构的内力和变形影响均较小。因此,在结构设计中,应特别注意受拉区混凝土压应力储备,防止拉区开裂造成的刚度退化。     

三向预应力混凝土斜拉桥箱梁裂缝研究

为分析混凝土水化热和三向预应力钢筋张拉顺序对斜拉桥预应力箱梁施工裂缝的影响,建立了嘉陵江大桥空间有限元实体模型,通过模拟现场实测温度场和选取3种不同的预应力钢筋张拉工序,分析水化热和预应力钢筋张拉顺序对箱梁顶板、底板和腹板受力特性的影响,并对比分析结果和实际裂缝情况。结果表明:水化热是嘉陵江大桥箱梁底板和腹板产生施工裂缝的一个重要原因;但是单纯的水化热不能使腹板产生裂缝。横向和竖向预应力钢筋滞后纵向1～2个节段张拉的施工工艺使得底板施工前期拉应力增长较快;且使得腹板在施工过程中拉应力变大。因而,预应力钢筋张拉顺序成为嘉陵江大桥箱梁底板和腹板产生施工裂缝的另一个重要原因,但是预应力钢筋张拉顺序对箱梁最终状态应力影响很小。     

连续箱梁中的预应力直线、曲线配索方案探讨

连续箱梁采用纵向直线预应力筋时,施工方便,预应力损失小;但直线预应力对箱梁腹板斜截面上降低主拉应力的贡献很小。竖向预应力贡献比较大,但竖向预应力本身很不可靠,腹板截面容易出现斜裂缝,降低其抗剪能力和使用寿命。曲线预应力则可以弥补以上不足。     

桩基承台挡土墙中承台的优化设计

为了优化桩基承台挡土墙的设计和工程应用,引入“拉压杆模型”对桩基承台进行承载力计算和配筋设计.计算及分析结果表明,当承台下面外排桩中心与挡土墙边缘比较靠近时,承台的受力更符合“拉压杆模型”,“拉压杆模型”能够较好反映承台短边方向的受力状态和构造特点,可有效应用于承台的设计计算.且承台两个受力方向的受拉钢筋用量可按受弯承...     

节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁受弯性能试验

为充分发挥超高性能混凝土（UHPC）和普通钢筋混凝土（RC）材料在箱梁桥应用中的力学性能,开展了节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁的静载试验,研究其受力过程、破坏形态和裂缝开展情况。结果表明：组合箱梁经历了弹性变形、裂缝开展和结构破坏三个不同受力阶段;裂缝首先由梁跨中节段接缝张开逐步发展至顶板翼缘,梁底板和腹板均未见明显裂缝,开裂的受拉区应力主要由预应力筋承担,最大裂缝宽度随荷载增加分阶段线性增大,试验梁最终以RC顶板混凝土压溃破坏而失效;受力过程中,UHPC U型梁和RC顶板能够保持良好的协同工作;组合箱梁存在一定的剪力滞效应。     

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.     

体外预应力UHPC节段梁抗弯性能试验研究

为研究体外预应力胶接缝UHPC节段梁的抗弯性能,完成了3根体外预应力UHPC梁的四点弯曲模型试验,包括一根整体梁和两根节段梁,获得了试件的破坏模式、荷载-挠度曲线和接缝张开情况等主要试验结果,胶接缝UHPC节段梁由环氧树脂胶层破坏导致接缝张开,与胶接缝NC节段梁由接缝附近NC破坏导致有所不同. 考虑截面预压应力和环氧树脂弯拉强度的作用,提出了胶接缝UHPC节段梁的接缝张开弯矩计算公式,计算结果与试验结果误差小于1%,吻合良好. 为准确计算体外预应力UHPC节段梁的抗弯承载能力,将UHPC节段梁的各节段简化为杆、接缝简化为弹簧铰,提出了杆-弹簧铰简化模型. 基于该模型,采用解析法推导了体外预应力筋的应力变化和二次效应的计算公式,预应力筋应力的理论值与试验值误差小于2.3%,吻合良好. 考虑到节段梁接缝张开的不确定性,提出了抗弯承载能力域的概念,即不同接缝张开情况下结构抗弯承载能力的包络范围,抗弯承载能力域的下限值与试验值误差小于6%,建议以下限值作为结构抗弯承载能力的参考值. 上述方法可丰富体外预应力胶接缝UHPC节段梁接缝张开弯矩和结构抗弯承载能力的计算理论.     

节段预制波形钢腹板PC组合箱梁的受力性能

为了研究节段预制波形钢腹板PC组合箱梁的力学性能,在考虑施工工艺和配束比影响的前提下,设计制作了3根缩尺模型试验梁进行受力性能试验研究.对比和分析了整体浇筑波形钢腹板PC组合梁和节段预制波形钢腹板PC组合梁力学性能的异同,提出了节段预制波形钢腹板PC组合箱梁抗弯承载力计算公式.结果表明:混凝土开裂后,节段预制梁刚度退化明显大于整浇梁,全体外配束节段预制梁刚度下降最为显著;节段预制梁钢腹板抗弯贡献明显大于整浇梁,接缝处截面尤为明显;相比于整浇梁,节段预制梁体外应力筋的应力增量较大,且增长速度快;与整体梁抗弯承载力计算公式相比,提出的节段预制波形钢腹板PC组合箱梁抗弯承载力计算公式的计算值与试验结果吻合更好.     

开洞深梁的拉压杆模型设计方法研究

引入拉压杆理论建立开洞深梁实用设计方法,提出利用承载能力和有效系数进行拉压杆模型方案的比选,并根据最优的拉压杆模型进行配筋设计．为验证其有效性,对一简支开洞深梁实例建立了多种拉压杆模型,详细对比了计算结果和试验结果．研究表明拉压杆模型预测的承载力比实验结果偏安全,能满足工程可靠度的要求;拉压杆模型计算承载力与配筋试件实验值大小变化趋势一致．根据拉压杆模型的计算分析结果,可以看出洞口附近沿主拉应力方向配置斜向钢筋对提高承载力最有效,如不明确构件内主应力分布,在洞口上下部同时配置水平纵筋和竖向钢筋也能达到提高承载能力的目的．     

节段拼装变截面波形钢腹板连续组合箱梁的剪切性能试验研究

为了研究节段预制拼装波形钢腹板连续组合箱梁的抗剪性能,制作两片缩尺试验梁,包括节段拼装变截面波形钢腹板连续箱梁和相同尺寸的整体浇筑变截面波形钢腹板连续箱梁. 通过静力试验和数值分析,得到了节段拼装梁的剪应力分布规律、波形钢腹板承剪比例等. 结果表明：在中跨对称加载作用下,中跨1/4位置处节段拼装梁与整体梁波形钢腹板的剪应力沿梁高方向均匀分布,节段拼装梁的剪应力值要大于整体梁的相应值. 推导出节段拼装变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算公式,并考虑施工工艺对剪应力的影响,通过与实测值对比验证公式的准确性. 两片试验梁的波形钢腹板的承剪比受荷载影响较小,保持一个恒定的比例;两片试验梁在中支座位置处的钢腹板承剪比均为50%,并沿着试验梁纵向方向向两侧不断增大;在中跨1/4位置,节段拼装梁钢腹板的承剪比达到85%以上,整体梁的钢腹板在该位置的承剪比在75%左右,两片试验梁在边跨相应位置承剪比相差不大. 将适用于节段拼装混凝土箱梁的AASHTO接缝抗剪强度计算公式乘0.9可用于接缝截面抗剪承载力计算;上述公式值与试验值、有限元结果的误差在5%左右,可以较好地预测钢混组合结构胶接缝的抗剪强度.     

节段预制波形钢腹板组合梁弯曲性能试验研究

为了解节段预制波形钢腹板组合梁和整体浇筑波形钢腹板组合梁弯曲性能的差异,设计了2根1∶10缩尺试验梁的静力试验,研究了接缝的存在对节段预制波形钢腹板组合梁的破坏模态和变形、不同截面上构件的应变分布、体内体外预应力束增量及极限承载力的影响.利用有限元法分析了节段数量及体内体外预应力筋配束比对节段预制波形钢腹板组合梁弯曲性能的影响.结果表明,接缝的存在对梁体初始抗弯刚度影响不大,但节段预制梁极限承载力约为整体浇筑梁的0.79倍.节段划分数目越多,节段预制梁极限承载力越小.节段预制梁预应力束增量明显大于整体浇筑梁,且体内配束占比越大,节段预制梁极限承载力越大,实际工程中节段预制波形钢腹板组合梁体内体外配束比不宜小于1.     

SIMP拓扑优化的拉压杆模型研究

采用SIMP应变能最小化的优化准则方法,对基于拓扑优化技术建立拉压杆模型的设计流程进行了深入研究.并对基于SIMP法拓扑优化建立拉压杆模型的影响因素进行了系统研究,总结出将最优拓扑转化为构件拉压杆模型的原则.为验证其最优性,对一简支开洞深梁建立了多种拉压杆模型,并与基于SIMP法的拓扑优化建立的拉压杆模型,通过承载能力和有效系数进行方案的比选.研究结果表明基于SIMP拓扑优化的拉压杆模型应变能和钢筋体积比最小,而承载能力较大.     

荷载工况多目标下钢筋混凝土深梁的拓扑拉压杆模型设计

为了提高钢筋混凝土深梁构件配筋设计方法的合理性,选用遗传演化结构优化算法,并延伸出荷载工况多目标下的应用方式,同时基于拓扑解构建拉压杆模型,衔接拓扑优化与工程设计环节,建立荷载工况多目标拓扑拉压杆模型。采用两个深梁数值算例验证了该模型的可行性和稳定性。从建立拉压杆模型的角度以其力学特性出发,将荷载工况多目标优化的拓扑解分别与各荷载工况单目标优化解、其弹性叠加结果,以及所有荷载工况共同作用下的单目标优化解进行比较,证实了新模型更契合深梁类构件的受力特性,具有更佳的全局寻优能力。荷载工况多目标遗传演化结构优化可以有效解决多目标优化中的病态荷载问题,依据其建立的拉压杆模型直观可行,可以为钢筋混凝土深梁设计提供参考。     

节段预制拼装波形钢腹板组合箱梁桥横向受力性能试验研究

为研究波形钢腹板组合箱梁桥横向受力特性及其对节段预制拼装工艺的影响,设计并匹配制造了2榀足尺模型节段梁,对试验梁施工全过程桥面板变形进行了测试,并进行了静力加载试验,研究了桥面板合理的数值分析方法.结果表明:波形钢腹板组合箱梁能满足节段双层存放、吊装运输等工序的横向受力要求,但在短线匹配预制过程中需采取措施控制桥面板变形;运营期组合箱梁横向受力足够安全,当加载至1.3~2.5倍车辆荷载设计值时,桥面板出现初始弯曲裂缝;由考虑钢混连接件的实体元模型计算所得的桥面板变形值与实测值吻合较好;简化平面框架模型则在横向内力计算方面具有足够精度,可用以指导桥面板设计.     

显式拓扑优化的拉压杆模型自动提取方法

为了实现从显式拓扑优化到拉压杆模型的自然过渡,同时保持拓扑优化结构与拉压杆模型的拓扑一致性,以可移动变形组件拓扑优化为例,建立了显式拓扑优化拉压杆模型自动提取方法。该方法是计算机图形学和结构优化的结合,采用Voronoi骨架提取和形状优化,由骨架提取、框架提取和形状优化3部分构成。结果表明,该方法自动构建了受力合理且几何规则的拉压杆模型;Voronoi骨架提取从显式拓扑优化结构提取了光滑的中轴骨架;以类桁架指标为约束的形状优化实现了拉压杆模型从框架结构到桁架结构的质变。     

胶接缝节段预制拼装桥梁理论研究综述

节段预制拼装造桥技术是近年来中国新发展起来施工技术,环氧树脂胶接缝也是目前中国新兴的装配式桥梁连接方式,虽然在一些桥梁项目上进行了试点,但学者们在该领域理论研究较少。为此,针对胶接缝节段预制拼装桥梁的主要结构：胶接缝、剪力键以及结构的耐久性的研究现状进行了归纳总结,指出了目前研究中存在的若干不足;针对胶接缝节段预制拼装桥梁目前理论研究的空白,提出了在环氧树脂胶接缝寿命、剪力键设计、桥梁结构体系设计等方面开展深入研究的建议;可为今后节段预制拼装桥梁的深入研究提供理论依据。     

体外预应力RPC箱梁受弯加载试验研究

进行体外预应力RPC箱梁模型两点对称受弯加载试验,研究了荷载-挠度曲线、截面应变、裂缝分布和破坏模式等问题,并对模型梁跨中正截面抗弯承载力进行了计算分析.结果表明,模型梁属于整体受弯破坏,采用预制节段拼装的施工方法是可行的;模型梁中混凝土对开裂弯矩的贡献明显大于同类普通混凝土梁,开裂时跨中受拉区边缘RPC应变约为普通混凝土的4~6倍;采用体外预应力提高了模型梁的开裂弯矩和增加了其延性,模型梁开裂弯矩为极限弯矩的55%;开裂时梁的跨中挠度仅为跨中极限挠度的20%;体外预应力RPC箱梁进行正截面承载力计算时应考虑RPC的受拉作用,并且可参照本文算法进行设计计算.