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.     

在役桥梁实测荷载横向分布系数研究与应用

实测荷载横向分布系数是桥梁荷载试验的重要内容,该指标是评定桥梁横向传力性能的主要依据。结合某装配式空心板桥的跨中挠度测试结果,讨论了基于实测挠度计算荷载横向分布系数的方法。计算结果表明,《公路桥梁承载能力检测评定规程》（送审稿）建议的实测荷载横向分布系数计算公式没有考虑横向布载车辆数的影响,在静载数据处理中应予以修正。     

简支梁桥荷载试验横向分布系数分析方法

在桥梁设计的内力分析中,横向分布系数的简化计算方法有多种.但通过荷载试验结果来分析桥梁在成桥状态下的实际横向分布系数,有待深入研究.本文通过对简支梁桥跨中挠度与横向分布系数之间的关系进行理论分析,认为可通过实测跨中挠度计算各梁的横向分布系数,并以某桥的荷载试验为例,以此分析成桥后梁与梁之间的实际横向联系效果.     

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.     

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。     

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。     

混凝土铰接T梁桥结构体系损伤评价试验

以16 m跨径的T梁桥标准图为基础,按1∶4的缩尺比例,采用焊接钢板的连接方法设计了一座5片T梁桥模型.通过不同的钢板连接方式,从试验焊接顺序、横向连接和纵向连接损伤3个方面,就横向连接损伤对桥梁承载能力的影响进行了试验和有限元分析,研究了不同损伤工况对铰接梁桥荷载横向分配的影响.结果表明:横向连接损伤只对与损伤横向连接相邻梁的影响最大,对相隔梁的影响很小,对其他梁的影响几乎没有;当横向连接损伤率达到5/9(约55.55%)时,单板受力的现象已经十分严重;在5片梁铰接完好状态下,主要是相邻的3片梁来承担荷载,所以在连接损伤情况下,除了相邻梁的荷载横向分布系数影响线坐标变化较大外,其他横向连接完好梁仍然保持铰接状态下横向分布系数影响线坐标.     

公路混凝土T梁桥结构体系损伤评定

针对目前典型的混凝土T梁桥横向连接方式,在前期试验的基础上,对20m标准跨径混凝土梁桥,采用和试验相同的建模方式,以数值模拟的方法研究了不同横隔梁损伤对混凝土梁式桥荷载横向分布及体系的影响。结果表明,在所有中横隔梁全部损伤以前,荷载横向分布影响线坐标变化率随着横隔梁损伤数量基本上按照线性规律变化;所有中横隔梁损伤以后,横向连接状态向翼缘连接状态急剧变化;只有当某片梁两侧的中横隔梁同时失效后,这片梁的荷载横向分布才退化到由翼缘连接决定的状态。在此基础上,提出了活载横向分布调整系数,并给出了确定原则和方法。在既有混凝土梁桥的检算评定中,可以适当的提高活载检算荷载效应,以反映桥梁实际承受荷载情况。     

基于有限元的在役桥梁综合损伤评测法

为研究在役桥梁遭受混凝土开裂、钢筋锈蚀、预应力缺损等诸多病害作用下梁体的实际刚度分布状况,根据平截面假定及有限元基本原理,推导梁桥纵向刚度分段求解方程组.借助室外实梁试验,通过施加跨中集中荷载,读取纵梁各代表性分段测点挠度值以修正桥梁纵向刚度.分析结果表明:由于损伤原因及损伤程度各不相同,实际梁体刚度分布随纵向分配区域...     

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。     

冻融后预应力混凝土构件疲劳损伤模型

通过7根预应力混凝土梁进行不同冻融循环次数后的疲劳试验,研究冻融环境下构件由于疲劳累积损伤而造成的刚度衰减规律,试验结果表明冻融作用对构件在疲劳荷载下挠度的发展起加剧作用,且随着冻融次数增多作用愈明显.在冻融循环和疲劳荷载的共同作用下,试验梁的剩余刚度在弯曲疲劳过程中呈现三阶段衰减规律,并且在第2阶段近似呈线性衰减,构件发生疲劳破坏时,其剩余刚度衰减至初始刚度的66%左右.根据损伤理论得到试验梁基于刚度衰减的累积损伤值D与循环寿命比n/Nf之间的关系模型,该模型考虑了冻融效应对疲劳累积损伤的影响,可为寒区预应力混凝土梁疲劳寿命预测提供有价值的参考.     

冻融循环作用下CFRP加固混凝土梁疲劳性能试验研究

为研究冻融循环作用对CFRP加固混凝土梁疲劳性能的影响,以CFRP加固混凝土梁的疲劳试验作为对照,分别进行了CFRP加固受到冻融循环作用的混凝土梁的疲劳试验和CFRP加固梁经冻融循环作用后的疲劳试验.试验结果表明:在正常使用状态下,冻融循环50次作用后,CFRP加固梁的挠度增加了6.2%～14.9%,主筋应变增加了2.14%～11.2%,刚度变化不显著;在相同疲劳荷载作用下,与未经冻融作用的CFRP加固梁相比,经受冻融循环作用的CFRP加固梁的疲劳寿命降低不到5%;CFRP加固受到冻融损伤的混凝土梁可能发生剥离破坏,因而在工程中,为防止发生剥离破坏应采取有效措施.     

考虑多因素影响的装配式梁桥横向联系疲劳损伤评估

为探讨实际运营条件下各因素对装配式混凝土梁桥横向联系结构疲劳损伤的影响,基于线性Miner累积损伤准则提出了该类桥型横隔梁钢板连接构造的疲劳评估方法和框架.依托工程实例,研究了随机交通的动力冲击效应、运行状态和桥面退化等因素对横向联系疲劳损伤的影响规律.结果表明:相对于按照95%保证率考虑随机车载冲击效应的影响,依照规范给定的冲击系数考虑冲击效应会明显低估构件的实际疲劳寿命;车辆运行状态对疲劳损伤影响显著,其他因素相同情况下,密集运行状态造成的疲劳累积损伤值较一般运行状态时小;桥面退化对横隔梁疲劳损伤影响明显,可造成车辆一般和密集运行状态下的结构疲劳寿命降低60.01%和34.88%.对新桥横向联系设计,建议考虑规范冲击系数和车辆一般运行状态进行疲劳验算;对既有桥梁疲劳评估,建议按实际交通状况考虑随机车辆冲击效应、车流运行状态和桥面退化的影响.     

CFRP-混凝土界面的疲劳性能

为探明碳纤维增强复合材料(CFRP)-混凝土界面的抗疲劳性能,以碳纤维薄板(CFL)与混凝土的粘结界面作研究对象,设计了改进的双剪疲劳试件,在循环荷载下对CFL-混凝土界面的疲劳性能进行了实验研究;给出了CFL-混凝土界面的相对滑移演化曲线(相对滑移-疲劳寿命实验曲线),分析了界面的应变及其粘结滑移规律.实验结果表明:在疲劳荷载作用下,CFL上的应变演化主要由加载初期快速传力阶段、界面稳定传力阶段、界面失稳传力阶段构成,其中界面稳定传力阶段约占其疲劳寿命的95%左右;试件相对滑移的演化也分为初期快速增长、稳定增长、失稳增长3个阶段.在稳定增长阶段,试件的相对滑移与疲劳寿命之间呈近似的线性关系.最后,提出了基于刚度系数的CFL-混凝土界面的疲劳损伤模型.利用该模型,可较方便地推定CFL-混凝土的界面在疲劳过程中的损伤演化规律.     

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。     

波形钢腹板预弯工形梁的试验研究

对新型结构波形钢腹板预弯工形梁的制作工艺和承载性能开展了探索性研究.通过制作缩尺试验梁,着重分析了波形钢腹板钢梁在预弯力作用下的挠度和反弹后一期混凝土的压应力,并采用静载试验测试了对称集中荷载作用下的梁体变形、开裂弯矩、破坏形态和极限承载力等.试验结果表明,在预弯力作用下波形钢腹板具有良好的稳定性.释放预弯力后波形钢腹板钢梁能够有效地将预应力施加在一期混凝土上,跨中下缘混凝土的压应力为12.9 MPa.试验梁具有良好的抗弯刚度、延性和抗裂性能,其开裂荷载约为极限承载力的47%.理论与实测结果表明,波形钢腹板预弯工形梁的竖向剪切挠度占总挠度的22.4%,在计算挠度时需考虑剪切变形的影响.     

疲劳荷载作用下的植筋混凝土梁刚度分析及计算

植筋技术是一种被广泛应用于工程界的连接锚固技术。对承受疲劳循环荷载的植筋梁而言,疲劳破坏是一种重要的损伤形式。为了分析植筋处于疲劳状态下的工作性能,共设计制作了3根相同植筋深度的混凝土梁试件,并对其进行疲劳试验下的受弯试验。试验表明:植筋梁的刚度在疲劳加载下有了一定的降低,低频加载对梁体造成的损伤大于高频加载;通过对刚度退化的分析,建立符合刚度退化规律的函数,对试验数据进行拟合,得出刚度退化系数函数,与结果吻合较好,实现了对植筋梁疲劳刚度的计算,能够对植筋梁疲劳刚度进行定量描述。     

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。     

公路早期部分预应力混凝土T梁腐蚀疲劳性能试验分析

我国早期建造、处于腐蚀环境的在役公路预应力混凝土T梁桥面临严峻的腐蚀疲劳问题.为探讨此类桥梁的腐蚀疲劳性能，基于上世纪80年代公路部分预应力混凝土T梁标准图设计试验模型，开展特定钢绞线锈蚀率(设计锈蚀率为10%)下不同疲劳荷载幅值的部分预应力混凝土T梁模型的弯曲疲劳试验，获得模型梁在循环荷载作用下的跨中挠度、梁底纵向钢筋和受压区混凝土应变、竖向裂缝宽度等的发展规律及疲劳寿命.试验结果表明：在钢绞线腐蚀较为严重时，模型梁的弯曲疲劳破坏特征为受腐蚀钢绞线发生无征兆的断丝破坏，且受压区混凝土未出现被压碎现象，破坏模式为脆性破坏；在钢绞线锈蚀率基本相同时，模型梁的受弯性能随着疲劳荷载幅值的增大而显著下降，且其疲劳寿命也随着疲劳荷载幅值的增大而急剧下降.基于应力-寿命(S-N)理论，提出钢绞线锈蚀后的部分预应力混凝土T梁的疲劳寿命预测公式，可用于初步评估钢绞线锈蚀后的部分预应力混凝土T梁的疲劳寿命.