型钢-混凝土组合加固装配式空心板梁桥铰缝破坏模式及工作性能研究

为解决装配式空心板梁桥铰缝失效而产生单板受力难题,采用型钢-混凝土组合加固(顶板加固法)装配式空心板梁桥铰缝,以浙江省高速公路某13m装配式空心板梁桥为背景,对加固后铰缝破坏模式及工作性能进行研究。采用有限元软件分别建立铰缝局部(试件)有限元模型和空心板梁整体有限元模型,分析破坏状态下铰缝试件的应力特性和裂缝发展情况,计算跨中偏载作用下空心板梁的挠度特性、应力特性以及荷载横向分布系数变化规律。结果表明:型钢-混凝土组合加固能改变铰缝的传力方式,加固后铰缝破坏模式由弯剪破坏变为弯曲破坏;型钢-混凝土组合加固能显著改善铰缝的工作性能,提高空心板梁桥的承载能力以及加载刚度,促进多片板梁的协调变形,有效减小加载区域板梁与邻近板梁的荷载横向分布系数差异,避免出现单板受力;加固后的装配式空心板梁桥荷载横向分布系数理论计算建议采用刚接板梁法。     

空心板深铰缝设计优化研究

空心板铰缝的纵向开裂甚而与预制空心板完全脱离,直接引发空心板梁桥横向联系失效,甚至引起"单板受力",给桥梁结构安全埋下隐患。针对现阶段空心板常用的深铰缝构造,从铰缝的病害成因出发,通过有限元数值模拟分析了空心板梁桥深铰缝在车辆荷载下的空间受力特性,在此基础上提出合理的优化措施,并进一步对优化措施进行计算验证。结果表明,通过合理的优化配筋和铺装层厚度可以提升铰缝抗弯、抗剪承载力,改善铰缝的工作性能。     

装配式先张法预应力混凝土简支工字梁研究与设计

空心板梁桥近些年来暴露出一些问题,如横向铰缝破坏、支点处斜裂缝多、支座易脱空等,重载交通下小跨径桥梁新的结构形式亟待研究解决。上海市南六公路（S1～S32）改建工程上部结构采用装配式先张法预应力混凝土工字梁,依托该工程对工字梁进行了深人的研究,有关经验可供相关专业人员参考。     

预制空心板梁桥铰缝加固试验研究

空心板梁桥在公路桥梁中应用广泛,但随着使用年限增加,板梁铰缝及其附近铺装层发生破坏,严重时导致单板受力。采用加厚重做混凝土铺装层的方法对破损铰缝进行加固,制作了3组板梁加固节点的足尺模型,开展了不同受力模式下的静力加载试验,得到了加固后铰缝部位的破坏模式和极限承载力。结果表明:铰缝与板梁交界面率先发生开裂之后,试件的最终破坏均表现为混凝土铺装加固层的弯曲或剪切破坏,且不同破坏模式下的铰缝节点均表现出较好的延性。与基于全桥实体有限元分析得到的铰缝截面最不利内力设计值相比,加固后铰缝节点的抗弯和抗剪承载力分别高出3倍和1倍,该加固方法可在工程实践中推广应用。     

混凝土空心板梁桥铰缝刚度折减研究

对于混凝土空心板梁桥,铰缝起着关键的横向传力作用,其力学性能的正确处理和模拟对于整个空心板梁桥受力分析有重要影响。利用混凝土抗拉强度随裂缝宽度变化模型和混凝土拉伸刚化模型,建立应力相对值和裂缝宽度相对值等变量,推导了铰缝处开裂混凝土的弹性模量(铰缝刚度)与裂缝宽度相对值之间的具体关系式,并给出了铰缝刚度折减系数的列式,实现了铰缝受力性能的正确模拟。同时,给出了不同强度等级的混凝土、不同缝宽对应的刚度折减系数。通过工程实例分析,表明本文研究的铰缝受力分析方法正确,提出的铰缝刚度折减系数具有一定的工程实用价值,结论可供实际工程参考。     

高速公路空心板梁桥的病害统计与分析

基于某地区多条高速公路上530座空心板梁桥的定期检查资料,对空心板梁桥的技术状况、病害类型、病害位置等数据进行统计、归类和分析。结果表明:1)相同运营年限下,装配式(预应力)空心板梁桥比现浇(非预应力)技术状况好;2)病害主要分布在上部结构及桥面系;3)预应力空心板底板纵向裂缝、铰缝失效、支座脱空、伸缩缝失效等病害比较普遍。     

某宽幅空心板桥上部结构病害诊断及处治

某预应力钢筋混凝土宽幅空心板桥在运营10多年后,上部结构出现较多病害,如梁板底面出现1条以上纵向裂缝,桥面铺装沿铰缝纵向开裂,铰缝混凝土部分脱落,伸缩缝处混凝土破损、渗水严重,桥面铺装露骨严重等.对该桥病害产生原因进行诊断分析,提出相应的处治方法,并对其分别进行加固前后静动载试验.结果表明,桥梁上部结构的整体性能比加固...     

空心板铰缝病害分析及其技术改造

铰缝在预制装配式钢筋混凝土空心板梁的横向连接中具有重要作用,同时铰缝也是装配式板梁桥的薄弱环节,铰缝的易损性对桥梁的安全性和耐久性产生了不容忽视的影响。针对空心板铰缝损坏,上部结构单板受力等典型病害,以某装配式钢筋混凝土空心板梁桥为例,从构造设计,损坏修补,材料选取,防腐养护,施工运营等方面对其进行技术改造,提出了一系列治理措施。使具有铰缝病害的桥梁整体性得到了较大提高,整体刚度也得到了较大恢复。为关于装配式空心板梁桥铰缝病害的维修加固设计、施工等工作提供技术支撑和参考。     

钢筋混凝土空心板梁受力不均现象成因与防治

通过施工实践并结合京沪高速公路某段3座中小跨径桥梁上部构造维修改造所产生的病害,就钢筋混凝土空心板梁铰缝、支座及支座垫石等产生病害易造成受力不均原因进行分析,提出了相应的防治措施。     

空心板梁桥铰缝破坏机理精细化有限元分析

空心板梁桥在我国中小跨径桥梁中是一种得到广泛应用的桥梁形式,铰缝病害普遍出现在空心板梁桥的运营过程中,为了更好地对空心板梁桥进行养护加固,需要透彻研究铰缝的破坏机理。首先介绍了我国现行空心板梁桥的设计方法,然后利用ANSYS大型有限元分析软件建立精细化有限元模型对比铰接板法分析横向分布差异,最后研究空心板铰缝的横向正应力和纵向正应力应力分布情况,得出铰缝的实际受力状态,病害产生的原因,对今后的空心板梁桥的实际养护加固具有工程指导意义。     

空心板梁桥单板受力数值分析及判定准则研究

针对空心板梁桥铰缝破坏导致桥梁出现单板受力的现象,运用MIDAS/FEA建立有限元模型,分析铰缝开裂对桥梁跨中截面荷载横向分布的影响,并通过数据回归分析得到加载板的荷载横向分布系数随铰缝开裂长度的变化,采用等效面积法得到桥梁出现单板受力时铰缝开裂长度临界值,为空心板梁桥日常养护检查中定量判定单板受力问题提供依据。     

空心板梁桥铰缝受力特性与破坏模式的试验与理论研究

中国现行空心板梁桥设计方法的核心是铰接板法,该方法在减小计算成本的同时忽略了铰缝的实际受力方式,导致此类桥梁在运营过程中铰缝病害多发。该文将有限元方法和全尺寸模型试验得出的空心板梁桥横向分布结果与现行设计方法采用的铰接板法计算结果进行对比,发现铰接板法在计算空心板梁桥横向分布时存在较大误差,铰缝实际受力方式与设计方法所假设的受力方式有很大区别。最后通过开裂分析和模型破坏试验说明了铰缝开裂的原因。结果表明:铰缝横向受力明显,横向正应力为铰缝开裂的主要原因之一,并非单纯竖向剪力作用。     

空心板梁桥超高性能混凝土(UHPC)铰缝弯剪受力性能研究

受普通混凝土(NSC)材料性能限制，空心板梁桥混凝土铰缝病害频发。在铰缝位置应用具有超高力学性能和良好界面黏结性能的超高性能混凝土(UHPC),可使铰缝受力性能得到明显改善，从而减少甚至避免铰缝病害的发生。首先通过数值模拟方法，得到了不同工况下装配式空心板梁桥铰缝截面的最大弯剪比；接着，为研究不同铰缝材料对结构在弯剪耦合作用下的主要开裂形态、承载能力和荷载～挠度响应的影响，对NSC铰缝试验梁(N—N)、UHPC铰缝试验梁(N—U)两组铰缝梁模型开展了三点静力加载弯剪试验；最后通过建立有限元模型，探究了不同弯剪比及铰缝结构形式对铰缝梁结构受力性能的影响规律。试验结果表明，所有铰缝梁均在铰缝与预制构件的交界面处发生初次开裂；与N—N试件相比，N—U试件初裂荷载和极限荷载分别提高了477%和104%,且N—U试件的刚度及抗裂性能均显著强于N—N。数值分析表明，与常规型铰缝相比，采用键齿形、倒T形、工字形铰缝及其组合结构形式的梁的初裂强度显著提高，构造优化的铰缝形式可以更好地确保各梁间的整体性。     

空心板梁桥结构退化规律及其预测研究

通过资料调研整理,总结了上海市公路与城市道路预应力混凝土和普通钢筋混凝土梁桥结构的常见病害特点,运用统计方法建立了空心板梁桥结构技术状况退化曲线和结构状况变化的预测模型。结果表明:空心板梁桥主要病害类型为主梁混凝土碳化、钢筋锈蚀,主梁混凝土裂缝,铰缝损伤,支座综合病害,伸缩缝损坏、墩台顶渗水,混凝土表层缺陷;至2014年底,上海市各区域桥梁技术状况指标BCI平均值为92.4,总体技术状况良好;预应力混凝土和钢筋混凝土空心板梁桥大致分别在20 a和15 a桥龄时结构状况退化为三类(C级)。     

大铰缝空心板梁铰缝受力特点分析和配筋优化

空心板梁桥是我国应用最为广泛的桥型之一,但是在使用过程中出现一系列病害,以铰缝病害最为突出。现阶段空心板梁桥横向计算采用铰接板理论,认为铰缝只传递剪力不传递弯矩。实际大铰缝空心板梁桥横向既有剪力又有弯矩,计算理论需要改进。利用ANSYS对铰缝各个控制截面受力进行分析,验证了铰缝横向受到很大弯矩,现有设计不能满足要求;提出了铰缝的配筋优化方法,并利用欧洲规范中关于新老混凝土截面承载力计算方法,对铰缝进行纵横向抗弯强度、接触面抗压剪强度进行了验算,表明设计满足承载力要求,达到了优化的目的。     

装配式混凝土空心板梁桥单板受力问题的数值解析

借助空间有限元分析软件ABAQUS,分析了装配式空心板梁桥铰缝开裂对桥梁跨中截面荷载横向分布的影响,分析了单侧铰缝开裂、双侧铰缝同时开裂的情况,通过数据回归分析得到了跨中截面荷载横向分布系数随铰缝开裂长度变化的规律,采用等效面积法得到了出现单板受力现象的铰缝开裂临界长度值,分析得出了以下结论:对于单侧铰缝开裂情况,建议临界铰缝长度定为1.0L;对于双侧铰缝开裂情况,建议临界铰缝开裂长度约为0.67L。该研究成果为养护检查中定量化判定"单板受力"问题提供了技术依据,同时也为装配式混凝土空心板梁桥横向整体性加固试验研究提供了理论参考。     

同济路立交桥空心板梁桥加固方案比选

上海同济路立交桥空心板梁在运营多年后出现了纵向贯穿裂缝及大量铰缝破坏,为修复桥面病害,提出了常规加固方案(厚11cm的普通混凝土铺装层)与超高性能混凝土(UHPC)薄层加固方案(厚8cm的普通混凝土铺装层+厚3cm的UHPC铺装层)2种加固方案。为选择合理的加固方案,采用有限元分析软件MIDAS FEA建立了局部及全桥模型,分析了2种方案下空心板梁的破坏模态和桥面铺装层应力,并进行了悬臂梁模拟加载试验。结果表明:UHPC薄层加固方案可以大幅提高结构的极限承载力,较常规方案铺装层的承载力提高85.5%,且能够保持板梁的横向整体受力。因此,该桥选择UHPC薄层加固方案进行维修加固。     

UHPC铰拼空心板梁桥温度效应监测研究

美国俄亥俄州索拉斯路桥为一座长19m、宽8.5m的简支梁桥,主梁由7片预制预应力混凝土空心板梁铰拼而成,铰缝内填充超高性能混凝土(UHPC)并设置横向钢筋传力杆。为了解温度对该桥的影响,监测夏季温度最高和冬季温度最低时段各构件的应变、温度、位移变化,并与卡车静载试验结果进行对比。结果表明:监测期内,空心板梁、UHPC剪力键和梁中传力杆的应变均与温度呈反向变化;空心板梁挠度、纵向位移和铰缝位移变化均较小;温度荷载对构件横向受力性能影响大于卡车静载;在温度荷载或卡车静载作用下,结构均未出现裂缝,各构件的抗拉强度、界面粘结强度均小于容许值,结构安全;建议在温度较低时进行UHPC施工,确保结构受力更安全。     

桥梁板结构优化试验研究

对不同荷载等级作用下,由三种不同铰缝构成的梁桥板的挠度、应变、裂缝及其发展和破坏进行观测,研究梁桥板铰缝的受力,分析采用不同铰缝,荷载在桥梁板上横向分布特征,并最终确定最佳的一种铰缝,为设计和维修铰缝提供科学的依据.     

铰缝损伤对于空心板桥横向分布系数的影响分析

空心板梁桥的荷载横向分布情况,是评价梁桥承载能力的重要参数。针对装配式空心板梁桥的铰缝损伤,本文首先介绍了铰接梁法的应用,结合破坏机理得到了铰缝损伤的计算模型,然后结合沈阳至海口国家高速公路汕尾陆丰至深圳龙岗段改扩建工程实例,对于铰缝单处损伤和多处损伤的空心板梁桥进行了模拟分析,发现铰缝损伤对于荷载横向分布的重分布具有较大的影响,研究结果对于未来类似工程提供可资借鉴的经验。