预应力连续钢梁负弯矩区受力性能分析

为研究预应力连续钢梁负弯矩区受力性能,对开口截面三跨连续钢梁进行六点加载抗弯性能试验。利用有限元软件Ansys建立试验梁非线性分析模型模拟其抗弯过程,模型计算所得梁体挠度值和应力值与试验结果吻合良好,进而对负弯矩区进行进一步受力性能及影响因素分析。结果表明:试验梁处于弹性工作状态时,负弯矩区截面变形符合平截面假定;相较于普通连续钢梁,施加预应力使支座附近截面正应力明显减小;普通连续钢梁及预应力连续钢梁支座底板先达到屈服应力,随着荷载增加,梁体因挠度过大超过限值而不能继续承受更大荷载;当预应力不超过135kN时,合理增大预应力可提高预应力连续钢梁负弯矩区抗弯承载力;随着负弯矩区支座截面处钢束上调,支座附近顶板及底板正应力减小,顶板应力变化略明显,且越靠近支座位置减小值越大,顶板受拉段长度有所减小。     

全体外预应力节段预制拼装连续梁桥承载能力足尺模型试验

芜湖长江公路二桥引桥首次采用了全体外预应力节段预制拼装连续梁桥,这一新型结构可采用工厂化预制,机械化安装,适应工业化建造,可显著提高建造效率,有效控制工程质量。为了对这种结构的受力性能进行全面研究,开展了全体外预应力节段拼装连续梁桥足尺模型试验。试验以背景工程5×40 m结构为原型,采用"1跨+1/3跨"的试验梁设计方案模拟连续梁特性。开展了施工全过程的同步测试,对梁体变形、结构应力和体外束应力变化进行了测试分析,并针对节段拼装连续梁的跨中断面开展了极限承载性能测试,分析了试验梁在极限破坏过程中变形、裂缝发展、体外束应力增量、主梁应力应变等结构响应。结果表明：采用"1跨+1/3跨"的设计方案能较好地反映连续梁的结构性能;施工过程中节段梁处于较好的弹性状态,跨内断面的纵向应力分布与体内束箱梁有很大区别,跨中断面纵向应力分布更为均匀;极限加载过程中,裂缝首先在弯矩最大断面附近接缝处出现,并形成一条主裂缝,沿着接缝逐渐向顶板发展,截面的受压区高度不断减小,结构的变形、顶板混凝土的压应力和体外束的应力也随之增大,最终因顶板混凝土压溃而丧失承载能力,试验梁实测承载能力为其设计承载能力的1.21倍;在极限加载过程中,体外预应力的最大增量为298 MPa。该新型结构的承载能力破坏过程为一个缓慢的延性变化过程,具有较好的安全储备,符合桥梁结构设计的要求。     

预制节段干接缝体外预应力混凝土简支梁抗剪性能试验

预制节段干接缝体外预应力混凝土梁是一种适应于快速化施工的新型桥梁结构形式,然而预制节段干接缝体外预应力混凝土梁的斜截面抗剪破坏机理尚不明确。针对此类状况以文献[18]中推荐的箱型截面为原型,进行4根预制节段干接缝体外预应力混凝土梁和3根整体式体外预应力混凝土梁的1：8缩尺模型试验,揭示不同剪跨比（1.5,2.0和2.5）、接缝类型（整体式接缝和干接缝）以及接缝数量（2和4）对预制节段干接缝体外预应力混凝土梁斜截面抗剪性能的影响。在试验过程中观测裂缝的发展,记录体外束应力增量、挠度发展规律、接缝张开情况和破坏形态。试验结果表明：体外预应力预制节段干接缝混凝土梁在键齿处容易产生裂缝;剪跨比是影响节段梁和整体梁抗剪承载力的主要因素,随着剪跨比增大,节段梁和整体梁的抗剪承载力明显降低;在剪跨比小于或等于2.0时,预制节段干接缝体外预应力混凝土梁的抗剪承载力小于相应的整体式混凝土梁的抗剪承载力;根据节段式混凝土梁的接缝是否张开,节段式混凝土梁的受力过程可划分为接缝张开前、后2个阶段;在接缝张开前,节段式混凝土梁的力学行为与整体式混凝土梁的无异;接缝张开前、后,节段式混凝土梁的力学行为发生改变;接缝是控制梁抗剪承载力的主要因素,但接缝数量对节段式混凝土梁抗剪承载力的影响不显著。     

节段预制拼装波形钢腹板组合梁整体受力性能试验研究

节段预制拼装波腹板组合梁桥兼有节段预制拼装工艺和波腹板组合结构的优点,极具推广价值。为研究该类型结构的抗弯及抗剪等受力性能,采用成型工艺、体内体外预应力配束比例、剪跨比、接缝数量、波腹板连接形式等参数进行了6片缩尺简支模型梁试验。描述了模型梁混凝土应变、波腹板应变、预应力筋应力、挠度随荷载变化的规律以及裂缝形成过程和破坏形态,分析了各因素对节段拼装波腹板梁受力性能的影响。研究表明:节段梁在弹性阶段与整体梁具备同等刚度;接缝影响了节段梁的破坏形态,较大地削弱了抗弯承载力;混合配束节段梁以及翼缘式连接节段梁表现出更优的力学性能。     

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。     

海宁桥拓宽改建工程方案设计浅析

预应力空心板梁支点抗剪较跨中抗弯的安全储备低,超载导致板端腹板斜裂缝宽度超标,方案考虑拆除与新建衔接,采用部分利用中幅桥并拓宽改建的设计方案。桥梁拆除为危大工程,采用汽车荷载与吊车荷载加载效率比较法检算跨中弯矩、设置横向分配梁使得板梁可承受吊车支点产生的较大剪力、控制盖梁拆除时边柱不平衡弯矩,进行拆建、吊装期间桥梁结构在最不利工况下的承载能力设计。     

UHPC螺栓连接键齿接缝梁抗弯性能试验研究

为了研究预制UHPC螺栓连接键齿接缝梁的抗弯性能,进行了3根UHPC螺栓连接键齿接缝梁(简称接缝梁)和1根UHPC整体梁的抗弯试验,探讨接缝两侧设置钢垫板及接缝表面涂抹环氧树脂胶等因素对UHPC接缝梁的开裂荷载、抗弯承载力、跨中挠度、连接钢板上、下缘应变、接缝相对纵向位移的影响。试验及分析结果表明:UHPC接缝梁存在有一种受弯破坏模式,该破坏模式表现为UHPC键齿受剪产生楔形裂缝而引起的接缝破坏,接缝表面涂抹环氧树脂胶对接缝梁的抗弯及变形性能影响小,接缝两侧设置钢垫板对UHPC接缝梁的开裂荷载影响小,但可提高接缝的抗弯承载力,减小接缝梁的跨中挠度和接缝的上、下缘相对纵向位移,且对连接钢板的受弯变形也有一定的改善作用。     

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。     

节段胶拼箱梁静载试验研究

针对某铁路桥为非标准轨距、非标准活载的节段胶拼预应力混凝土箱梁的结构特点,开展了静载试验以验证节段梁在试验荷载作用下的力学性能,检验梁体的性能指标。试验结果表明：梁体在最大控制荷载作用下,未发现受力裂缝;实测箱梁在静活载作用下最大挠跨比为1/3613;梁底实测最大压应力减小值小于理论计算值,说明节段胶拼不会成为结构的薄弱部位,结构抗裂性、梁体刚度和箱梁底部应力与设计期望值相符,且结构设计具有一定的安全度。本试验方法通过现场荷载试验数据验证理论模型,具有结果准确、效率高的特点,为类似节段预制胶拼箱梁设计和施工提供实践经验。     

石首长江公路大桥短线法预制PC主梁设计研究

石首长江公路大桥主桥为主跨820m的双塔不对称混合梁斜拉桥。中跨和南边跨采用钢箱梁,北边跨采用预应力混凝土主梁。结合场地水文和地质特点、宽幅大截面箱梁抗裂和质量要求,PC主梁采用"地面预制+支架存梁"的短线法预制拼装施工方案。主梁纵向体内预应力采用大直径优质合金高强钢棒预应力体系,配套采用体内+体外束预应力设计。通过采用地面预制的施工方案、构造优化和横向预应力多次分批张拉、混凝土的配合比及温控养护措施,在宽幅、大截面箱梁的匹配预制精度控制、裂缝控制上取得了预期效果。北边跨预制PC梁胶拼成跨,不设湿接缝,通过无应力长度参数和梁段间竖向转角参数的精度控制保证成桥线形。北边跨PC主梁预制精度、工程质量和拼装线形达到了设计预期。     

鹤大高速红岭高架桥病害分析及加固设计研究

鹤大高速红岭高架桥为5跨预应力混凝土连续刚构箱梁桥,经过多年运营,检测发现该桥右幅出现了主梁跨中下挠、腹板斜裂缝、顶板纵向裂缝等病害。为了解病害原因及结构受力状态,对病害原因进行分析,并进行荷载试验,在此基础上进行维修加固设计研究。结果表明:弯剪作用引起腹板斜向开裂,横向弯矩过大引起顶板开裂,预应力径向作用过大造成底板开裂。该桥上部结构校验系数大部分大于或接近于1.0,正截面抗拉强度不满足设计荷载要求;采取顶板加厚、腹板加厚、底板增设横梁以及张拉体外预应力加固设计。数值模拟分析显示加固后箱梁顶、底板最大压应力有效降低,安全储备增加,主应力得到明显改善。加固后第3跨L/4、L/2、3L/4截面分别上挠14.34,0.34,12.61 mm,结构受力满足现行规范要求。     

大跨径预应力混凝土梁桥长期挠度控制研究

目前国内大跨径预应力混凝土梁桥存在的主要病害是跨中下挠过大和箱梁梁体裂缝。本文对跨中下挠过大的主要原因进行了分析,介绍了施工控制中线形控制的方法,然后用恒载零弯矩理论给一座已建的95 m 160 m 95 m连续刚构桥重新配置预应力束,并对原设计和恒载零弯矩配束从内力、位移、预应力筋用量三方面做一比较,最后提出了控制跨中下挠过大的一些措施。     

连续刚构桥设计关键技术问题的探讨

针对连续刚构桥箱梁混凝土开裂、跨中下挠、底板崩裂等病害,分析其产生的原因,提出一些防止病害发生的对策措施,主要有:腹板斜裂缝可以通过增加梁高、设置腹板下弯钢束及加强竖向预应力有效性来改善;跨中下挠可通过增加顶板负弯矩钢束、采用塑料波纹管和真空辅助压浆工艺、控制钢束张拉龄期及设置后期备用钢束来改善;底板崩裂可通过合理控制结构的预应力度、选择合适的墩身刚度、优化钢束配置、优化梁高变化规律、合理选择底板厚度与波纹管间距及设置防崩钢筋等来改善.     

大跨径T梁体外预应力加固锚固块设计研究

针对大跨径T形梁桥体外预应力加固中,普通混凝土结构锚固块构件普遍存在尺寸大、增加恒载多、施工复杂、工期长等问题,以某公路跨黄河特大桥为背景(主桥采用77×50 m预应力混凝土T梁),设计高强耐候钢结构和超高性能混凝土(UHPC)2种锚固块,分析2种体外预应力加固锚固块的可行性。采用有限元软件建立2种锚固块及T梁实体模型,分析锚固块应力和变形,以及T梁锚固区局部应力,结果显示2种锚固块应力和变形及T梁锚固区应力均满足设计要求。考虑施工、造价等方面,选择高强耐候钢结构锚固块方案,并在该桥上进行试验跨研究,试验结果表明:高强耐候钢结构锚固块的应力和位移均在理论设计限值内,该体外预应力加固锚固块技术可行。     

大跨径预应力混凝土梁桥长期挠度控制分析

目前国内大跨径预应力混凝土梁桥存在的主要病害是跨中下挠过大和箱梁梁体裂缝。本文对跨中下挠过大的主要原因进行了分析,介绍了施工控制中线形控制的方法,然后用恒载零弯矩理论给一座已建的95 160 95m连续刚构桥重新配置预应力束,并对原设计和恒载零弯矩配束从内力、位移、预应力筋用量三方面作一比较, 最后提出了控制跨中下挠过大的一些措施。     

重庆石板坡长江大桥复线桥钢-混凝土接头设计

在混合梁斜拉桥中使用钢-混凝土接头有3种形式,其接合部位有4种接合方式。针对重庆石板坡长江大桥复线桥钢-预应力混凝土组合连续刚构梁式桥,采用PBL剪力板及加预应力束的设计方法,通过参考国内外规范,局部分析及钢-混凝土接头的试验验证,提出对于传递弯矩和剪力的梁式钢-混凝土接头,采用PBL剪力板与预应力束组合的设计理念,并重点介绍PBL剪力板的作用原理及强度计算方法。     

预应力在钢-混凝土组合梁剪力键中的传递

针对混凝土翼板设置后张预应力的连续组合梁,建立预应力从梁端混凝土向组合梁全截面传递的力学模型,根据连接件剪切滑移本构关系及预应力束对称截面处的界面滑移为零的边界条件,解得混凝土翼板轴力、钢梁轴力及界面剪力的分布函数,求得组合梁考虑连接件柔性的混凝土有效预压应力。结果表明,影响组合截面内力分布的主要因素是剪力连接件的滑移刚度、预应力束长度及混凝土板与钢梁的轴向刚度比;预应力束越长,界面剪力分布越平缓,界面滑移愈小。     

灌浆波纹管装配式桥墩双向拟静力试验

为了解决桥墩与承台的装配式连接问题,提出金属波纹管和超高性能灌浆料的预制拼装桥墩方案。首先考虑施工方式和加载方向参数的影响,以某地铁高架桥为工程原型设计4个试件,然后采用水平单向和双向拟静力试验方法,对比分析金属波纹管节段拼装桥墩和整体现浇桥墩抗震性能的差异,最后探讨双向压弯作用下的极限承载能力验算方法。试验结果表明：灌浆波纹管试件塑性铰区纵筋出现拉断而不是纵筋拔出,说明灌浆波纹管的钢筋连接方式可靠;灌浆波纹管连接节段拼装桥墩损伤过程、破坏模式与整体现浇桥墩总体上接近,主要抗震性能指标的差异较小,认为抗震性能与整体现浇试件的抗震性能接近,表明灌浆波纹管连接是一种可行的装配式桥墩与承台的连接方式;相对于单向加载试件,双向加载的钢筋混凝土试件RC,最大水平力下降11%,极限位移下降18%,双向加载的预制拼装试件最大水平力降低11%,极限水平位移降低15%,残余位移增大了20%,试件损伤程度更为严重,说明在水平双向荷载受力下,整体现浇试件和节段拼装试件有着明显的双向荷载耦合效应;双向压弯作用下截面的弯矩计算方法能够较准确地校核节段拼装墩的极限承载能力。研究成果可为节段拼装桥墩的抗震设计和抗震分析提供参考。     

装配式预应力可变桁架体系加固RC短梁抗弯性能试验

针对混凝土箱梁腹板开裂、跨中下挠等问题,提出一种装配式预应力可变桁架加固体系。该体系由可变桁架、预应力筋和固定斜杆组成,可变桁架通过锚杆固定于加固梁两侧,张拉预应力使桁架上顶加固梁产生反拱,以此来消除或减小梁体开裂和下挠等病害,随后用斜杆固定桁架形成劲性骨架,进一步提高加固结构刚度和承载力。首先对该体系进行介绍,然后设计4片钢筋混凝土梁进行抗弯加固试验,对加固效果及影响因素进行分析验证。研究结果表明：提出的体系具有良好的加固效果,能有效抑制和延缓裂缝发展,改善加固梁的刚度和承载能力;此次试验中,加固梁的开裂、屈服以及极限荷载分别提高了107.28%、70.92%、74.55%以上;锚杆直径对承载力影响较小,但粗锚杆能有效约束端锚板滑移,改善结构整体刚度;端锚板对加固效果影响较大,加强型端锚板能充分发挥钢桁架、钢绞线强度特征,提高构件的极限承载能力,尤其能有效改善其延性破坏特征,极限挠度提高60%以上。