日照作用下钢管混凝土桁拱温度场实测研究

通过对一座钢管混凝土桁拱肋截面布置温度测点并在现场布置小型气象站,进行了拱肋截面温度场的测试及气象资料的采集,对各弦管的温度分布进行了分析,并应用有限元法分析了各弦管的平均温度以及由此引起的温度应力。结果表明:桁拱各弦管的温度分布中,在与太阳升落方向平行的系列上,上、下弦管温度分布相近;在与太阳升落方向垂直的系列上,左、右弦管的温度分布接近;桁拱各弦管的温度分布及平均温度与单圆管接近,实际分析中可按单圆管来考虑;桁拱各弦管之间的平均温度相差较小,由其引起的温度应力也较小,弦管与腹管的温差对弦管和腹管的应力影响均较小,实际计算中可不考虑。     

钢管混凝土桁拱温差计算取值研究

以经实桥实测温度场验证的有限元方法,对一座钢管混凝土桁拱的计算合龙温度、有效温度取值进行了分析。分析表明,大气平均温度对钢管混凝土桁拱的计算合龙温度的影响最大,该拱肋的计算合龙温度大致为混凝土浇注后28 d内平均气温加3～5℃,冬季合龙取小值,夏季合龙取大值;日照作用对最低有效温度的影响不大,而对最高有效温度的影响很大,最高有效温度接近当地全年最高温度,最低有效温度接近当地最低日平均温度,弦管管径、钢管表面的辐射吸收率的影响都较为明显,而拱平面方位的变化和风速的影响不大。通过大量的参数分析,给出了福建省钢管混凝土桁拱的计算合龙温度和最高、最低有效温度的取值建议。     

温度对钢管混凝土拱桥管内混凝土脱粘的影响

基于国内钢管混凝土拱桥管内混凝土检测资料,结合理论计算,分析温度对钢管混凝土拱桥管内混凝土脱粘的影响进行分析,认为大直径钢管混凝土拱桥脱粘较小直径的更严重,故从降低脱粘程度考虑,拱肋钢管直径不宜大于1000mm。另外,钢管混凝土拱桥拱肋上宜采用浅色涂装,以降低日照产生的管内截面温差,减小钢管混凝土拱肋脱粘程度。     

考虑遮挡的钢管混凝土拱桁日照温度场

为掌握桁式钢管混凝土拱桥各拱肋截面在日照作用下的温度场分布,对一座进藏铁路上的大跨度大管径钢管混凝土拱桥进行了研究,采用数值方法模拟计算了拱肋各弦管在夏季及冬季日照下的温度场。计算结果显示:在该地区环境中,桁式钢管混凝土拱肋的各弦管截面温度场均与日照变化规律一致,并随日照变化呈现明显的非线性特征;上弦管受遮挡作用较小,钢管温度最高升温位置始终位于向阳面,而管内混凝土的温度变化主要受整体环境温度影响,保持比较平稳的变化,受日照影响不明显;下弦管受到遮挡影响,整体温度场低于上弦管,外侧钢管温度变化较内侧明显,管内混凝土对日照作用不敏感。研究结果表明:桁式钢管混凝土拱肋截面上、下弦管的日照温度场有较大差别,设计中应分别取用温度值。     

有初应力的钢管混凝土桁式拱结构平面内受力性能试验研究

针对初应力对大跨度钢管混凝土桁式拱桥受力性能的影响问题,进行了有初应力的钢管混凝土桁式拱平面内受力性能试验研究,研究初应力对钢管混凝土桁拱平面内受力性能和破坏模式的影响。试验结果表明:在跨中单点集中力加载的工况下,有初应力钢管混凝土桁拱变形呈现出对称形态,变形大致成"M"形。其中,L/3至2L/3段部分向下变形较显著,跨中向下达到最大位移;左拱脚至L/3段部分和2L/3至右拱脚段部分发生向上变形。钢管混凝土桁拱的腹杆受到较大的力,拱顶处直腹杆最早开始屈曲;在达到极限荷载之前,桁式拱没有出现节点破坏,表现出较好的整体性;达到极限荷载时,桁式拱变形加快;继续加载,斜腹杆被拉裂,上弦管拼接焊缝拉裂,结构变形严重。与无初应力桁式拱相比,初应力的存在会使钢管混凝土桁拱提前进入弹塑性状态;极限承载能力下降,下降7.3%;变形能力下降,达到极限荷载时,最大竖向位移减小12.1%。初应力的存在不会改变桁式拱的破坏模式,但是加剧了破坏现象,有初应力的桁式拱破坏现象更为显著,破坏后继续加载,三分点处两个节间斜腹杆全部拉裂,主弦管拼接焊缝拉裂。     

钢管与核心混凝土之间的粘结单元及其应用

为了研究钢管混凝土拱桥钢管与核心混凝土之间的粘结性能,将双弹簧单元和四边形滑移单元用于模拟钢管与核心混凝土之间的粘结,对两种单元刚度矩阵中各非线性刚度系数的取值进行了讨论,应用两种粘结单元考虑材料非线性编制了有限元计算程序.以茅草街大桥为例用自编程序进行了分析计算,结果表明:在自重和车辆荷载作用下钢管与混凝土之间不会发生脱粘,钢管与核心混凝土之间基本没有相对滑移;在温度影响和收缩徐变作用下如果钢管与混凝土之间发生了脱粘,则在自重和车辆荷载作用下钢管与核心混凝土之间的相对滑移明显增大,整桥刚度降低,钢管最大应力增加,混凝土最大应力减小.     

脱粘对桁架式钢管混凝土拱肋刚度影响研究

定量分析了钢管与核心混凝土之间的脱粘对桁架式钢管混凝土拱桥整体刚度的影响程度.基于完全脱粘计算模型,以一桁架式钢管混凝土悬臂梁为例,揭示了脱粘使桁架式钢管混凝土拱肋抗弯刚度降低的机理.采用有限元方法,以一桁架式钢管混凝土拱肋为例,分析了在完全脱粘情况下矢跨比、桁高、钢管壁厚和荷载作用方式对桁架式钢管混凝土拱肋刚度的影响...     

钢管混凝土拱肋脱粘脱空受力机理研究

针对在钢管混凝土拱桥拱肋普遍存在脱粘脱空的现象,采用有限法对受力性能的影响因素进行分析。建立有限元计算模型,通过对钢管与混凝土界面相互作用、各种荷载和边界条件的研究,采用整体与局部分析相结合的方法,首先求最不利工况下的拱肋段内力,然后分析混凝土与钢管界面的应力,分析拱段由于受力引起的脱空与脱粘情况,得出合江一桥在不利荷载作用下,径向和环向不会产生脱空的现象,但混凝土会与钢管产生滑移脱粘。     

钢管混凝土拱肋施工阶段脱粘脱空分析及预防措施研究

在钢管混凝土拱桥的检测中发现大部分钢管混凝土拱肋存在脱粘和脱空的现象,这影响到桥梁的承载能力和使用寿命,本文研究从施工阶段钢管混凝土拱肋脱粘脱空的成因,完成一个施工现场的模型试验,试验说明钢管混凝土灌注阶段的工艺是造成脱粘和脱空的一个因素,最后从材料、施工工艺和施工临时措施上介绍了预防钢管混凝土拱肋脱粘和脱空的措施。     

太阳辐射作用下钢管混凝土拱不均匀温度场及其引起的脱空分析与试验研究

为厘清太阳辐射作用下钢管混凝土拱肋内部的不均匀时变温度场,剖析其对钢管混凝土脱空效应的影响机制,并为钢管混凝土拱桥的脱空病害防治奠定理论基础,依托受日照辐射较强的贵州香火岩特大跨钢管混凝土拱桥实际工程,建立考虑钢管与混凝土界面接触关系的精细化温度-应力耦合数值模型;基于ASHRAE晴空模型及温度场计算理论,开展了钢管混凝土拱肋日照辐射不均匀时变温度场分析,揭示了钢管混凝土拱肋横截面的温度分布规律及其随时间的变化规律,并给出了计算钢管混凝土横截面温度梯度的近似公式;结合脱空的应力判别标准,计算出了拱肋横截面沿环向不同位置处的脱空高度,进而明确了钢管混凝土拱肋的横截面脱空分布模式;基于诱导振动理论,选取主要受温度影响而产生脱空的拱段,开展了钢管混凝土拱桥脱空检测试验研究,并与理论分析进行对比,验证了理论分析的可靠性。研究结果表明：日照辐射作用下,钢管混凝土截面温度场在时间、空间分布上均呈高度非线性,核心混凝土温度变化滞后于外包钢管,钢管与核心混凝土的最大温差超过25℃;日照不均匀温差引起的界面拉应力达到1.4~1.5 MPa,导致钢管混凝土环向脱空高度达到0.11~0.13 mm;基于诱导振动法的钢管混凝土拱肋脱空检测方法可识别出脱空的可能性,并发现太阳辐射作用使钢管混凝土的脱空程度略有增强。     

桥梁结构日照温差二次力及温度应力计算方法研究

根据等效线性化原则,借助一般有限元程序分析预应力混凝土桥梁的非线性日照温差二次力及温度应力;针对两种非线性温度梯度模式及具有不同顶、底板厚度的一般箱梁桥,推导了等效线性化后的特征参数计算公式。对洺河桥预应力混凝土四跨箱形连续梁的非线性日照温差温度应力计算表明:中国现行公路桥规中规定的日照温度梯度模式是偏于不安全的,由日照温差产生的连续梁跨中附近截面下缘拉应力较大,它与预加力等产生的次应力组合会使截面抗裂性降低,设计时应充分重视。     

热养护下矿物掺合料高性能混凝土强度损失和孔结构研究

为了研究热养护对矿物掺合料高性能混凝土后期强度及微观结构的影响,不同恒温时长,不同恒温温度养护下矿物掺合料高性能混凝土进行强度试验和孔结构分析。结果表明：与标对准养护相比,热养护能快速提升混凝土早期强度,但热养温度越高热养时间越长混凝土后期的强度损伤越大,孔隙率也越大。80℃热养48h后转标养28d的强度损失为50℃的4.4倍,总孔隙率为1.091倍。与标准养护和自然养护相比,后养护方式采用Ca(OH)2饱和水溶液养护,对热养混凝土的后期强度和孔径分布有一定的改善。     

多年冻土区水泥混凝土路面下冻土路基温度场数值分析

运用abaqus有限元分析方法,对不同冻土断面类型,不同路堤高度的水泥混凝土路面路基温度场进行了数值模拟,计算结果与观测结果比较后证实有限元模型参数的选取和计算方法是正确可靠的。通过分析可以得出以下结论:在相同冻土断面地区,水泥路面基底融深较沥青路面下基底融深浅,体现了较好的热稳定性;不管何种冻土断面及路面类型,随着所处环境气温的升高,路面基底年最大融深均有所增加,沥青路面基底融深对中低温冻土地区气温升高的响应迅速,水泥路面基底融深对高温冻土地区气温的升高响应迅速;对于中低温多年冻土段水泥路面的大致路堤临界高度为1.2 m,对于高温不稳定多年冻土段,路堤临界高度在1.6 m左右,对于高温极不稳定多年冻土段,路堤临界高度在2.1 m左右。     

缺陷尺寸对纤维布混杂加固界面性能影响的数值分析

针对CFS-GFS混杂加固钢筋混凝土梁的一种新型加固方法,通过建立不同材料本构方程,对界面端部附近胶层存在空鼓及混凝土存在裂缝进行了界面非线性有限元数值分析,分别考虑了3种大小的空鼓及5种高度的裂缝对界面性能的影响。研究结果表明胶层空鼓及混凝土裂缝是引起界面端部处粘胶层剥离及混凝土保护层剥离破坏的主要原因。     

CFS加固混凝土墩柱温度自应力弹性解及影响参数研究

考虑到碳纤维布（CFS）与混凝土的热胀系数不同，建立了CFS加固的任意形状横截面混凝土构件因日照辐射或骤然降温引起的温度自约束变形求解方程。进而推导了CFS加固混凝土矩形、箱形墩柱在指数和均匀温度梯度下的温度自应力弹性解。最后就弹性解讨论了CFS厚度、热胀系数、弹性模量和混凝土强度等级（弹性模量）、截面宽度、高度等因素对CFS加固混凝土矩形墩柱温度自应力的影响。     

AC＋CRC复合式路面温度应力的有限元分析

基于传热学基本原理,采用有限元软件ABAQUS,建立了温度荷载作用下AC＋CRC复合式路面结构三维有限元模型,探讨了横向裂缝间距、AC层厚度及模量、CRC板厚度及模量、配筋率等路面结构参数对复合式路面结构温度翘曲应力的影响规律。分析结构表明,温度荷载下横向应力接近主应力,应予以重点考虑。路面板宽度、厚度及温度梯度与板内最大主应力关系密切,配筋率、粘结刚度系数对纵向拉应力影响也较大。研究结果可为AC＋CRC复合式路面结构设计提供一定的理论依据。     

高强钢绞线网-聚合物砂浆加固层剥离破坏研究

通过9个试件的剥离破坏试验,对高强不锈钢绞线网一渗透性聚合物砂浆加固层与混凝土界面剥离破坏的影响因素进行了定量分析。试验研究表明,加固层长度小于有效锚固长度,则剥离承载力随着加固层长度的增加而提高;加固层长度大于有效锚固长度,则继续增加加固层长度将不能继续提高剥离承载力,但可以改善破坏过程的延性。此外,加固龄期、加固构件表面粗糙度、混凝土和聚合物砂浆强度也是影响剥离强度的主要因素。根据试验结果,提出了加固层剥离强度计算公式,可用于相关工程方面的计算分析。     

脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥受力性能的影响

采用平面应变理论推导了轴向压力、温度荷载、收缩应变作用下钢管和核心混凝土界面拉应力的计算公式;提出了钢管混凝土拱桥完全脱黏的计算模型,分析了脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥内力、刚度和面内极限承载力的影响;提出了采用内法兰构造在有限点限制钢管与核心混凝土相对滑移的脱黏对策,并以茅草街大桥实测数据对内法兰构造的有效性进行了验证。结果表明:脱黏使桁架式钢管混凝土拱桥钢管内力增大,结构刚度降低,面内极限承载力下降;在有限点设置内法兰构造使得脱黏之后桁架式钢管混凝土拱桥的受力性能与黏结良好时比较接近。     

贫混凝土基层沥青路面温度应力数值分析

为了探讨贫混凝土基层沥青路面在不同路面结构和材料参数下的温度应力状况,利用三维有限元数值方法,分析了沥青面层厚度和模量、贫混凝土基层厚度和模量以及基层缩缝宽度对沥青路面温度应力的影响。结果表明:沥青面层厚度对路面温度应力有显著影响,但沥青面层模量对路面温度应力影响不明显;贫混凝土基层厚度和模量对温度应力影响不显著;基层缩缝宽度对路面温度应力有显著影响。适当增加沥青面层厚度对延缓反射裂缝十分有效,适当增加沥青面层模量对延缓反射裂缝只起到较小的作用;改变贫混凝土基层的厚度、模量对延缓反射裂缝作用不明显;适当宽度的基层缩缝对延缓反射裂缝效果显著。