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。     

连续箱梁设计中预应力钢束设计方法的探讨

对现场浇筑的预应力混凝土连续箱梁,尽管各种不同预应力钢束的设计方法都能满足桥梁结构的受力要求,但其施工和造价存在很大差异。本文结合某实体工程,详细地阐述了连续箱梁两种不同的预应力钢束设计方法和施工方法,并对其工程数量进行了对比,以为连续箱梁设计中预应力钢束的设计提供参考。     

强度减损下混凝土箱梁预应力高温损失分析

为明确火灾下混凝土桥梁预应力的衰变幅值与高温之间的变化关系,采用热力耦合计算方法,基于强度损失的虚拟层截面等效原理,设定火灾下混凝土箱梁预应力火灾高温分析工况,研究单面火灾和三面火灾模式下混凝土箱梁的截面温度场分布状况,计算不同延火时间混凝土箱梁预应力沿程(沿桥梁跨径)分布状态,揭示强度减损下混凝土箱梁预应力火灾高温沿程损失规律。研究结果表明:箱梁底板受火,温度大致呈水平层状分布;箱梁底板和两侧腹板受火,温度呈U形分布,并且多面受火时的温度峰值大于单面受火时的温度峰值;随着延火时间的增加,高温层逐渐向内扩展并且扩展宽度递增;延火全程中,相对处于腹板上部,处于腹板下部的钢束预应力沿程损失较大,四分点的预应力损失值较其他部位大,大约是其他部位的1.1倍;跨中的预应力损失增长幅度相对较大,增长幅度最大值约为9.4%;锚下预应力损失值最小;整个延火过程中,沿程预应力损失呈倒W形。     

三道湖中桥无粘结预应力混凝土主梁设计

对直线配索无粘结预应力混凝土梁截面应变进行了分析,根据极限状态下截面受压边缘混凝土应变分布形式及无粘结预应力钢束高度处的混凝土应变分析,得出无粘结预应力钢束极限应力增量的积分表达式,编制了计算程序进行求解,并与21片两集中力三分点加载实验梁的实验结果进行了对比,结果较为吻合;不计梁体弹性区段的混凝土应变时,极限应力增量计算值减少7.5～15.1MPa,占极限应力增量的1.9%～4.5%,可偏安全地予以忽略.根据理论和实验结果,对标准跨径25m的三道湖中桥上部结构预应力混凝土箱形主梁进行了设计.     

单箱室波形钢腹板梁桥横向弯矩计算方法

为较简便地设计出波形钢腹板箱梁(BSW)桥的桥面板,基于框架分析法的基本原理,结合波形钢腹板箱梁的结构特点和力学特性,建立适用于单箱室波形钢腹板箱梁桥桥面板横向弯矩的计算方法,再对波形钢腹板箱梁和混凝土腹板箱梁在相同荷载作用下顶板的横向弯矩进行对比,对几座代表性的单箱室波形钢腹板箱梁桥顶板横向弯矩进行计算分析。研究结果表明:波形钢腹板箱梁桥的桥面板最大横向弯矩远高于同类混凝土腹板箱梁的横向弯矩峰值,提出的单箱波形钢腹板箱梁桥顶板横向设计弯矩的建议值可为今后同类波形钢腹板箱梁桥顶板尺寸拟定及配筋设计提供参考。     

基于结构退化分析的桥梁长期挠度计算

针对虎门大桥辅航道桥在运营期间中跨跨中过量下挠问题,通过有效预应力实测数据确定结构整体预应力束损失模型。选取B3收缩徐变模型,同时考虑截面刚度及弹性模量退化,结合有效预应力实测数据,提出考虑结构多因素退化的长期挠度计算方法,对比该计算方法计算结果与结构中跨跨中下挠实测数据,验证计算方法可用性并分析误差原因。研究结果表明:考虑结构四类退化的长期挠度计算方法较传统计算方法更为接近结构下挠实测值,运营过程中预应力正抛物线损失与结构实际下挠相符;考虑基于结构损伤的长期挠度计算结果与结构下挠实际观测值误差在7%以内,中跨预应力损失通常伴随边跨预应力"张紧",这种"张紧"现象对结构长期下挠控制是有利的。     

后张预应力混凝土梁钢束锚固损失研究

从分析后张曲线预应力钢束微段的切向平衡条件出发,导出计算锚固损失的精确公式。通过比较在反摩阻影响长度范围内钢束应力相对于端部应力的增量与摩阻损失之间的大小,揭示摩阻作用与反摩阻作用之间的差别。结合数值算例,评价我国现行桥梁设计规范中锚固损失计算方法的近似程度。研究结果表明:反摩阻作用小于摩阻作用;我国现行铁路桥梁设计规范中的锚固损失计算方法具有较高的精度,求得的钢束端部锚固损失计算值大于精确值,但不超过10%;我国现行公路桥梁设计规范中的锚固损失计算方法会导致偏差过大,求得的反摩阻影响长度可超过精确值50%以上。     

预应力混凝土连续曲线箱梁布束问题的探讨

以某三跨预应力混凝土曲线连续箱梁为对象,总结了国内预应力曲线箱梁桥布束中存在的问题,应用大型通用有限元分析程序ANSYS建立曲线箱梁的有限元模型,对其布束方式进行探讨.该研究为今后预应力混凝土连续曲线的钢束设计提供一定的参考.     

预应力钢束布置形式在混凝土曲线梁桥中受力性能分析

预应力曲线梁桥是设计中的经常遇见的结构形式,本文主要从不同的钢束布置形式上对结构进行计算分析,从而对不同钢束布置产生的预应力效应对弯桥的受力、变形及支座反力等进行比较,并通过比较分析找出较适宜的预应力桥梁的配束方法。     

预应力混凝土箱梁施工质量病害及防治措施

预应力混凝土箱梁常见质量病害包括各种类型的裂缝,箱梁拆模后在腹板与底板承托部位出现空洞、蜂窝、麻面,预应力钢束张拉时,钢束伸长值超出了充许偏差值以及预应力筋的断丝和滑丝等。本文就对这些质量病害产生的原因和防治措施进行探讨。     

预应力混凝土箱梁桥竖向预应力孔道对腹板截面

以两片安装竖向筋试验简支梁为基础,进行了预应力混凝土箱梁桥竖向预应力孔道对腹板截面削弱的研究,试验表明在不灌浆情况下梁开裂荷载提前,箍筋应力、混凝土表面主拉应增加明显,同时对试验梁进行了有限元分析,试验结果与有限元分析一致。研究表明加强竖向预应力灌浆质量的检测与管理对防止预应力混凝土箱梁桥的开裂有重要意义,同时为分析这类桥的开裂原因提供了理论与试验依据。     

混凝土梁桥过火后预应力损失

火灾中产生的高温对预应力结构有较大影响,因降低结构的有效预应力,导致过火后受拉外缘压应力储备降低,结构提前开裂,影响结构使用性能和耐久性。为快速确定预应力混凝土梁过火后的有效预应力,以某省过火后拆除的32片梁为样本,通过实测过火后混凝土梁桥钢绞线永存应力,获得剥落深度比与预应力损失比的回归公式,选用极限承载能力试验及有限元数值分析验证该公式的适用性。结果表明,火灾后梁板预应力钢束出现应力损失,当混凝土剥落深度超过1/3钢绞线净保护层时,预应力损失不可忽略;先张法预应力混凝土结构,抗火设计应适当提高钢绞线保护层厚度;当混凝土剥落深度超过2/3钢绞线净保护层时,预应力损失率达10%,严重影响结构刚度。     

光纤光栅自感知钢绞线在后张有黏结预应力结构中的监测

有效监测后张法有粘结预应力结构在施工过程中产生的短期预应力损失大小是评估整个预应力结构安全性的重要手段。基于对现有预应力损失监测难题及预应力损失计算的理论分析,提出了光纤光栅自感知钢绞线短期预应力损失的监测技术。基于此技术,有效监测了直线及曲线孔道梁的短期预应力损失,并与应变片监测值及理论计算值进行比较。监测结果表明：直线孔道梁短期预应力损失率约10% ,曲线孔道梁短期预应力损失约24% ;对比理论计算值,应变片的误差最大接近10.01%,且同一测点处不同应变片最大差值接近10%,数据离散型较大,而光纤光栅监测到的梁内最终有效应力误差最大仅为4.60%,且在监测过程中始终保持良好的监测性能,可见光纤光栅传感器相比电阻应变片更适合体内预应力监测。     

二次张拉钢绞线箱梁腹板竖向预应力损失研究

为了研究二次张拉钢绞线竖向预应力损失,进行了二次张拉钢绞线的矩形板试验,同时测试了采用二次张拉技术的实桥箱梁腹板竖向预应力的应力损失,并与传统的精轧螺纹钢竖向预应力体系进行比较.测试结果表明,采用二次张拉钢绞线技术后,箱梁腹板的即时竖向预应力损失基本上可以降低至10%以内,远小于精轧螺纹钢体系的竖向预应力损失率,可有效地提高箱梁腹板竖向预应力效率和抗剪可靠性.最后结合试验结果,探讨了管道摩阻、接缝压缩、锚具变形及回缩、弹性压缩、钢绞线松弛和混凝土收缩徐变等二次张拉竖向预应力各项损失的影响因素,并对各项二次张拉竖向预应力损失的设计取值方法提出了建议.     

大跨度刚构桥箱梁抗剪承载力影响参数分析

以大跨度连续刚构桥箱梁的中墩附近节段和跨中弯矩变号附近节段为研究对象,建立相关分析模型,开展包括多种剪跨比与不同配箍率、不同腹板纵向普通钢筋配筋率及不同竖向预应力的组合共54种组合分析,得出各参数对抗剪承载力的影响,分析各项因素的抗剪作用和箱梁截面抗剪机理,为桥梁抗剪设计和计算方法提供依据.     

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。     

混凝土箱梁桥竖向预应力作用下腹板应力场分析

基于有限元分析方法和差分分析方法,对预应力混凝土连续箱型梁桥的腹板竖向预应力作用下的应力场进行了分析,并与现行设计方法进行了比较,指出了腹板开裂的主要原因.分析表明腹板竖向预应力大小不能按现行桥梁设计规范进行设计.为指导砼箱梁桥设计和防治砼箱梁桥开裂,修改有关设计规范提供了理论依据.图12,表2,参5.     

矮塔斜拉桥参数敏感性分析

以开封黄河二桥主桥矮塔斜拉桥为研究对象,采用MIDAS/Civil有限元程序,建立了该桥在最大悬臂施工阶段的有限元计算模型.考虑施工过程中可能出现的桥梁参数变化,分别进行主梁混凝土容重、主梁混凝土弹性模量、主梁截面尺寸、斜拉索弹性模量、斜拉索初张力、主梁预应力荷载和施工荷载敏感性分析,确定出悬臂施工时影响主梁位移和应力的主要设计参数.计算结果表明,主梁混凝土容重、截面尺寸、斜拉索初张力、预应力荷载和施工荷载为主要设计参数,混凝土弹性模量和斜拉索弹性模量为次要设计参数.所得结果可为该桥梁施工控制提供参考.     

钢箱拱桥中CFRP系杆受力性能试验研究

结合怀化某大桥,按照相似原理,建立了碳纤维系杆拱桥缩尺试验模型,对其受力性能进行了试验研究;并采用空间有限元分析软件Midas/Civil对模型桥使用阶段各工况进行了空间模拟分析.试验结果表明:CFRP系杆拉力和拱脚水平位移的实测结果与有限元分析结果基本吻合;用有限元程序的计算分析结果指导模型桥测点选取和加载等工作是可行的,其分析结果是正确的;CFRP作为系杆其总预应力损失率的最大测量值为2.1%,预应力损失较小,其预应力值稳定.     

大跨度斜拉桥主梁气动力特性的大涡模拟

为验证大涡模拟方法在获得桥梁主梁气动力特性上的可行性，开展了均匀流中大跨度斜拉桥扁平钢箱梁在Re=1.27×105下的绕流场三维计算流体动力学分析.大涡模拟方法采用Smagorinsky压格子湍流封闭模型，基于网格和时间步长无关检查确定的计算参数，获得了主梁气动系数统计平均值、脉动值和漩涡脱落St数随来流攻角的变化，表明三维主梁绕流漩涡脱落的频率带宽分布和展向不同步特征.基于主梁表面非定常压力时程的统计平均值和RMS值分布，分析了主梁表面的流动分离和再附特征，并建议了风洞试验测压孔的合理布置形式.与风洞实验相关结果的对比表明，大涡模拟方法是获得桥梁主梁气动力特性和绕流机理的有效方法.