体外预应力节段预制胶拼梁抗弯极限承载能力模型试验研究

为研究体外预应力节段预制胶拼梁的抗弯极限承载能力和破坏模式,以某3×30m一联连续箱梁桥为背景,以偏不利的实桥中跨为研究对象,根据相似理论,设计制作了一跨缩尺比为1∶3的10m简支工字型试验梁,按照设计承载能力极限状态跨中最大正弯矩荷载组合和活载超载2个阶段进行了分级加载试验。结果表明:跨中最大正弯矩工况下,梁体强度和刚度满足设计要求,结构整体受压,处于弹性受力状态;超载工况下,梁体底板逐渐消压,跨中附近接缝截面底板开裂,随后裂缝逐渐变宽并竖直向上延伸,直至荷载超过接缝截面抗力设计值后,顶板局部混凝土压碎,而钢绞线未屈服;体外预应力节段预制胶拼梁具有较大的抗弯极限承载能力,可能发生的破坏模式为跨中附近接缝截面顶板混凝土受压破坏。     

连续曲线双重组合梁桥的畸变性能分析

连续曲线组合梁桥在竖向荷载作用下会产生弯扭耦合效应,并且其负弯矩区的钢底板也存在受压失稳问题。为改善负弯矩区的钢底板受力情况,提出连续曲线梁桥负弯矩区双重组合的结构形式,即由混凝土桥面板、槽形钢梁及底部混凝土板通过连接件相结合,形成共同受力的截面结构形式。在负弯矩区域采用双重组合结构形式,不仅可以提高钢底板的受压稳定性能,亦能增强截面的抗弯和抗扭刚度。为探讨该结构的受力性能,本文通过有限元数值模拟方法,对负弯矩区双重组合结构混凝土底板的长度和厚度2个变量进行参数分析,研究偏载作用下,连续曲线双重组合梁桥截面的纵向畸变应力和畸变角变化情况,为提出双重组合曲线梁桥的混凝土底板设计提供参考。     

变截面CSW-UHPC组合梁负弯矩区弯曲性能试验研究

为改善常规混凝土波形钢腹板(CSW)组合梁受拉区的受力性能，进一步减小结构重量并推动超高性能混凝土(UHPC)在桥梁工程中的应用，提出一种新型变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构，为研究其基本受力特征，特别是其抗弯与抗裂性能，设计并完成了一片预应力变截面CSW-UHPC组合悬臂箱梁的负弯矩静力模型试验，测试得到试验梁的荷载-应变响应、裂缝开展模式、挠度及破坏荷载等试验结果。依据试验结果对结构的剪力滞效应和钢腹板承剪比进行了研究；并深入研究了CSW-UHPC组合箱梁的抗裂性能和抗弯承载力计算方法；同时，完成了试验梁的非线性有限元分析。结果表明：这种变截面CSW-UHPC组合箱梁表现出良好的受力、变形和抗裂性能；试验梁的悬臂根部截面产生了负剪力滞效应，剪力滞效应越靠近加载点越明显；悬臂端部到根部截面，试验梁腹板承剪比从80.33%逐渐减小至2.15%;试验梁的极限抗弯承载能力和抗裂弯矩的理论值与试验值较为吻合，建议在计算承载力时，k值取为0.1～0.2。研究成果可为变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构的设计与应用提供参考。     

考虑界面滑移的钢-混组合连续梁负弯矩区抗裂性试验

为了解界面滑移效应对钢-混组合连续梁负弯矩区混凝土桥面板抗裂性的提升效果及工作机理,设计并制作采用常规剪力连接件和抗拔不抗剪连接件的钢-混组合梁各1组进行负弯矩区加载试验,分析试验梁预应力施加效率、关键部位纵向应变、梁体刚度及关键截面界面滑移情况。结果表明：采用抗拔不抗剪连接件时,梁体抗裂性更好,界面滑移效应可避免以往负弯矩区预应力通过常规剪力连接件传递到钢梁的情况发生,明显提高预应力效率;同时可使负弯矩区混凝土桥面板承受的拉应力分布更均匀,有效降低中支点截面的拉应力峰值,使后续裂缝宽度增长缓慢;加载前期2组梁体总体刚度没有明显不同,加载后期界面滑移使梁体结构刚度下降,变形增加,但变化幅度较小;抗拔不抗剪连接件对钢-混组合连续梁负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性提升效果较好。     

钢-UHPC连续组合梁抗弯性能试验

为研究钢-超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）连续组合梁的抗弯承载能力,完成了2根大比例缩尺模型的静载试验,包括1根钢-UHPC连续组合梁和1根预应力钢-普通混凝土（Normal Strength Concrete,NC）连续组合梁,对其挠度、应力分布、裂缝发生发展模式及承载能力进行分析,并研究了钢-UHPC连续组合梁的弯矩重分布性能。同时,采用ABAQUS软件中的塑性损伤模型（CDP）进行数值模拟。结果表明：钢-UHPC连续组合梁UHPC板的名义开裂强度为普通组合梁预应力NC板的2.2倍,钢-UHPC连续组合梁的极限承载力约为普通组合梁的1.2倍;UHPC板开裂后裂缝密集、间距小,且以长度较小的微裂纹为主;UHPC板/NC板与钢梁均采用群钉连接,二者相对滑移较小,可有效形成整体共同工作;采用塑性理论计算钢-UHPC连续组合梁的抗弯承载能力,应考虑UHPC的抗拉强度,与现有组合结构规范公式相比,根据所提出方法计算得到的负弯矩区截面抗弯承载力与试验值吻合较好;考虑UHPC抗拉强度后,钢-UHPC连续组合梁负弯矩区塑性铰转动能力降低,弯矩调幅需求及有效弯矩重分布能力均明显下降。     

双折线先张预应力高强混凝土Ⅰ型梁抗弯性能足尺模型试验

作为桥梁快速建造中一种高效的装配式新结构，预应力混凝土Ⅰ型梁采用双折线先张法施工的密束预应力体系，具有预应力损失小、预压应力分布均匀、施工安全性好等特点。为检验该新型结构的抗弯性能，建立其正常使用极限状态及承载能力极限状态的抗弯能力设计及评价方法，开展了结构足尺模型的抗弯承载性能全过程加载试验，观察了结构在全截面工作阶段、开裂阶段和破坏阶段的结构形态、变形与受力特征及破坏模式。试验结果表明：在正常使用阶段，梁体工作性能良好，结构达到开裂荷载前，内力增量与荷载呈线性关系，应变分布满足平截面假定，受压区混凝土压应变、主梁挠度、主筋应变及预应力钢绞线内力增量均呈线性变化；继续加载时，结构内力及变形呈现明显的非线性特征，裂缝逐渐增多，应变增长速率加大，模型梁上翼缘应变横向分布差异性增大，呈现一定的剪力滞效应；随着裂缝深度发展，混凝土逐渐退出工作，预应力束不再与混凝土共同受力，直至梁体发生断裂；试验梁的计算破坏荷载与测试值的比例系数为1.08,静力延性系数为2.27,表明双折线先张预应力高强混凝土Ⅰ型梁的抗裂、抗弯承载能力计算模式具有较好的适用性和优异的抗弯静力延性。     

高强钢筋活性粉末混凝土梁抗弯性能试验研究

为研究高强钢筋活性粉末混凝土(RPC)梁在弯矩作用下的受力特性和其抗弯性能的影响因素,设计制作20根高强钢筋RPC矩形梁进行抗弯承载力试验,分析梁的破坏形态、荷载~挠度曲线、裂缝的发展和分布,研究配筋率和钢筋强度对抗弯性能的影响规律。结果表明:RPC适筋梁的正截面破坏过程与普通混凝土梁相似,表现出良好的延性,少筋梁和无筋梁具有一定的延性;相同钢筋强度RPC梁的开裂弯矩和极限承载力随配筋率增加而增大;相同配筋率时,RPC梁的极限承载力随钢筋强度增加而增大,但钢筋强度对开裂弯矩影响不大;试验过程中,梁的截面应变符合平截面假定;根据简化理论计算的RPC梁极限弯矩值和试验值吻合良好。     

预应力钢混凝土组合梁预压应力分布研究

针对体外预应力钢箱混凝土组合连续梁,建立了后张法预压应力在组合连续梁端头向全截面传递的力学模型,根据剪力连接件荷载-滑移本构关系及对称截面处的界面滑移为零等的边界条件,解得混凝土翼板轴向预压应力分布函数.进行了一根体外预应力钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区直线预应力筋及通长折线预应力筋张拉试验,得到的分布函数与试验数据比较吻合.试验及计算表明,影响预压应力分布的主要因素是钢梁与混凝土翼板之间的约束作用.从预应力锚固点到中支座对称点,预压应力逐渐减小,预应力筋越长,预压应力降低趋势越平坦.     

预应力钢混凝土组合梁预压应力分布研究

针对体外预应力钢箱混凝土组合连续梁,建立了后张法预压应力在组合连续梁端头向全截面传递的力学模型,根据剪力连接件荷载一滑移本构关系及对称截面处的界面滑移为零等的边界条件,解得混凝土翼板轴向预压应力分布函数。进行了一根体外预应力钢箱一混凝土组合连续梁负弯矩区直线预应力筋及通长折线预应力筋张拉试验,得到的分布函数与试验数据比较吻合。试验及计算表明,影响预压应力分布的主要因素是钢梁与混凝土翼板之间的约束作用。从预应力锚固点到中支座对称点,预压应力逐渐减小,预应力筋越长,预压应力降低趋势越平坦。     

矮塔斜拉桥负弯矩区箱梁应力状态研究

由于索塔的存在,矮塔斜拉桥的负弯矩区应力特性与普通刚构桥对比具有显著不同,主要体现在索塔的集中力作用于负弯矩区箱梁,箱梁腹板支承在两根墩柱之间,腹板的受力状态实际可等效为一个深梁,从而与普通的刚构桥负弯矩区腹板受力状态显著不同。为研究矮塔斜拉桥负弯矩区0#块腹板、底板的应力形成机理,主要针对索塔正下方腹板混凝土区域压应力偏小情况,采用深梁理论进行研究,并结合材料力学方法构建考虑深梁效应的矮塔斜拉桥负弯矩区腹板下缘表达式计算应力理论数值。之后采用ANSYS数值分析软件建立空间模型,分析某桥矮塔斜拉桥负弯矩区0#块空间应力,提取该腹板下缘应力值与理论计算值对比验证。经对比可知:该区域理论计算值与数值模拟结果基本吻合,由于深梁效应在底板处及其附近区域产生纵桥向拉应力抵消部分压应力,出现该区域压应力较小的情况。     

缓粘结预应力混凝土梁极限承载力试验

通过4根预应力混凝土梁的极限承载力试验,分别对其开裂荷载、破坏荷载、控制截面应力、裂缝与变形进行了测试,对比了缓粘结与普通预应力混凝土梁的受力性能差异。从试验结果来看,缓粘结预应力混凝土梁具有较好的受力性能,缓粘结与普通预应力混凝土梁的挠度、应变实测数据变化规律基本一致。跨中截面体内应变测试结果表明,缓粘结与普通预应力混凝土梁的体内应变变化规律吻合较好。跨中截面钢筋应变与混凝土应变测试结果表明,缓粘结与普通预应力混凝土梁的应变变化规律基本一致,缓粘结预应力混凝土梁的实测值相对较大。缓粘结预应力混凝土梁的实际开裂荷载、破坏荷载大于普通预应力混凝土梁,矩形、T形缓粘结预应力混凝土梁的开裂荷载实测值较普通预应力混凝土梁偏大6%、10%,矩形、T形缓粘结预应力混凝土梁的破坏荷载实测值较普通预应力混凝土梁偏大4%、3%。缓粘结预应力混凝土梁裂缝宽度实测值较普通混凝土梁相对较小,表明缓粘结预应力筋与混凝土之间具有足够的粘结力。     

大跨PC刚构桥悬臂梁临时张拉体外束对成桥结构的影响

以红岩溪特大桥为依托工程,利用有限元软件,分析了临时体外束方案的可行性及对提出的4种方案下梁体成桥后结构受力、变形及预应力损失的影响,得到如下结论:拆除临时体外束时,梁体弹性回弹使主跨跨中底板压应力增加,有效提高了跨中截面抗裂性能;施加临时底板体外束,以此来增加施工阶段梁体下缘的压应力可以有效减少梁体的竖向位移;采用临时体外束会导致跨中底板和支点顶板的压力增加,与此同时对应的预应力损失和徐变也将增加,从侧面说明了关键位置混凝土压应力和预应力储备能力得到提升;该方法能有效减小桥梁跨中挠度,并提高抗裂能力。     

体外预应力加固RC梁受力性能试验

为了确定合适的张拉控制应力和束高,为体外预应力加固提供合理的参数,制作了7根缩尺试验梁,分别开展了不同张拉控制应力和束高下的体外预应力加固RC梁受力性能、破坏模态和极限承载力的试验研究,测试了荷载、挠度、应变、裂缝的发生以及发展状况等。同时,依据承载力理论计算得到各试验梁的理论承载力,利用ANSYS软件将试验值与计算值进行对比分析。研究结果表明:被加固梁破坏模态与未加固梁类似,均呈现显著的塑性破坏特征,二者破坏前有明显的裂缝发生、发展过程,但持续时间较未加固梁大大增加;增大束高有利于提高梁的承载能力,但束高增大到一定程度后,由于挠度增加导致钢束对梁体二次效应显著,梁体承载能力的增大效应显著削弱;张拉控制应力越大,被加固梁开裂荷载与极限荷载越大,钢绞线应力增量越小,较大的张拉控制应力有利于充分发挥体外预应力加固效应,但当张拉控制应力小到一定程度时,改变张拉控制应力大小对被加固梁承载力几乎无影响;相比于变化张拉控制应力,束高的改变对梁体受力性能的影响更加显著;体外预应力加固在提高原梁承载能力的同时,显著改善了其延性,破坏时梁体塑性发展更加充分。     

预应力混凝土T梁简支变连续负弯矩区段改进构造试验研究

针对简支变连续T梁桥负弯矩区段开裂等问题,提出了负弯矩区段改进设计,通过模型试验和有限元仿真对比分析了新、旧构造的力学性能,并进一步分析了钢束张拉力及支承形式对结构的影响。研究结果表明:新构造施工难度降低,与传统构造预应力损失变化规律基本一致;预应力张拉控制应力工况下的应力响应差别不大,新构造应力储备更占优势;预应力张拉控制应力变化对结构应力储备影响较大;双支座的"削峰作用"可使结构整体受力优于单支座的试验梁,但双支座出现脱空对结构受力不利。研究成果可为简支变连续T梁桥负弯矩区段构造改进技术提供支撑。     

简支转连续T梁桥截面优化分析

根据简支转连续T梁截面的实际尺寸利用ANSYS软件建立三跨一联的中梁参数化模型,选取模型的设计变量为马蹄宽度、腹板厚度和顶板厚度,以各跨跨中截面的最大挠度和使用阶段跨中截面正弯矩区和梁端负弯矩区的正应力作为状态变量,目标函数为T梁桥的体积,利用其优化模块中的零阶优化方法,在满足规范要求和使用条件下对设计荷载下的T梁进行截面优化分析,得到T梁的截面优化尺寸。     

预加力对开裂预应力混凝土梁体刚度效应的影响分析

为了研究预加力对预应力混凝土梁桥开裂梁体刚度效应的影响,以公路桥梁中常用的预应力混凝土小箱梁和T梁为研究对象,基于设计规范中开裂预应力混凝土受弯构件刚度计算原理,采用统计分析、室内试验梁和实桥试验相结合方法,分析开裂预应力混凝土梁受拉区预压应力与梁体短期抗弯刚度的关系。结果表明:小箱梁和T梁受拉区混凝土开裂后,随预加力在受拉区混凝土所产生预压应力的增大,开裂梁体短期抗弯刚度提高;对于开裂预应力混凝土梁桥,采用增设体外预应力钢束的加固方法进行加固,可以有效地提高梁体短期抗弯刚度,较好地抑制梁体受力裂缝的发展。     

梁拱组合桥力学性能敏感性分析

梁拱组合桥构造相对复杂,施工过程不确定因素对桥梁线形及受力影响较大。通过建立精细化空间杆系有限元模型,研究预应力张拉误差和混凝土荷载等力学参数变化对结构应力及桥梁线形的影响。分析结果表明:当主梁混凝土自重比设计值大时,主梁顶板压应力减小,底板压应力增大,跨中合龙段附近主梁向上挠度减小;在梁拱组合桥成桥阶段,预应力张拉误差对主梁跨中挠度影响较为突出,梁拱组合桥在最大悬臂阶段预应力误差对桥墩附近主梁的挠度影响相对较小,越靠近悬臂端预应力误差对主梁的挠度影响越大。研究成果可为梁拱组合桥的设计及施工过程提供技术参考。     

近场爆炸时预应力混凝土梁体抗爆分析

为了研究预应力混凝土梁在爆炸荷载下的动力响应、破坏模式以及不同预应力条件对结构抗爆性能的影响,结合流固耦合理论,采用LS-DYNA有限元软件建立预应力混凝土梁实体模型,开展不同炸药条件,不同预应力度和不同爆心位置条件下的预应力混凝土梁体结构抗爆分析。结果表明:①混凝土梁体的破坏模式随炸药当量的增加而变化,小当量炸药条件下,混凝土梁体表现为传统的受弯构件,随着炸药当量增加,梁体迎爆面出现压溃破坏,继续增大炸药当量,梁体迎爆面压溃引起的混凝土剥离面积和深度增大,导致截面抗压能力减弱,梁体由适筋设计的塑性破坏转为脆断;②当中等炸药当量在梁上方爆炸时,按抗弯要求设置的预应力效应能提高抗爆能力10%左右,反之,当其在梁体下方爆炸时,由于预应力效应的不利叠加会导致梁体抗爆能力明显下降;③对于同等炸药当量条件下沿梁跨径方向不同位置的爆炸,跨中爆炸时梁体受力最为不利,爆点位于支座处梁体上方时,由于支座的边界约束作用,梁体动力响应和损伤较小;④同等炸药当量条件下,爆心相对梁体上下位置的改变将引起预应力混凝土梁体破坏模式的改变;⑤灌浆对预应力混凝土梁体的抗爆性能影响不明显,有黏结预应力和无黏结预应力混凝土梁体在不同爆炸荷载作用下表现出相似的动力特性和力筋应力增量变化规律。     

大悬臂预应力宽箱梁桥空间效应研究

为研究大悬臂预应力混凝土宽箱梁桥的空间效应,采用有限元软件ANSYS建立精细化空间数值模型,对比无预应力、纵向预应力、纵向预应力加横向预应力三种工况下的计算结果,分析预应力对桥梁空间效应的影响,研究移动荷载、扭转作用下桥梁的空间应力分布规律,得出纵横向预应力大大改善桥梁应力状况,移动荷载对结构的影响从跨中截面向墩顶截面快速减弱,墩顶附近梁体的扭转作用十分强烈,而梁体顶板的扭转作用要远小于底板。     

近场爆炸时预应力混凝土梁体抗爆分析（双语出版）

为了研究预应力混凝土梁在爆炸荷载下的动力响应、破坏模式以及不同预应力条件对结构抗爆性能的影响，结合流固耦合理论，采用LS-DYNA有限元软件建立预应力混凝土梁实体模型，开展不同炸药条件，不同预应力度和不同爆心位置条件下的预应力混凝土梁体结构抗爆分析。结果表明：①混凝土梁体的破坏模式随炸药当量的增加而变化，小当量炸药条件下，混凝土梁体表现为传统的受弯构件，随着炸药当量增加，梁体迎爆面出现压溃破坏，继续增大炸药当量，梁体迎爆面压溃引起的混凝土剥离面积和深度增大，导致截面抗压能力减弱，梁体由适筋设计的塑性破坏转为脆断；②当中等炸药当量在梁上方爆炸时，按抗弯要求设置的预应力效应能提高抗爆能力10%左右，反之，当其在梁体下方爆炸时，由于预应力效应的不利叠加会导致梁体抗爆能力明显下降；③对于同等炸药当量条件下沿梁跨径方向不同位置的爆炸，跨中爆炸时梁体受力最为不利，爆点位于支座处梁体上方时，由于支座的边界约束作用，梁体动力响应和损伤较小；④同等炸药当量条件下，爆心相对梁体上下位置的改变将引起预应力混凝土梁体破坏模式的改变；⑤灌浆对预应力混凝土梁体的抗爆性能影响不明显，有黏结预应力和无黏结预应力混凝土梁体在不同爆炸荷载作用下表现出相似的动力特性和力筋应力增量变化规律。