腐蚀预应力混凝土桥梁抗力退化预测方法

针对氯盐环境下预应力混凝土桥梁中钢绞线锈蚀引起的抗力退化问题,以一座服役预应力混凝土桥梁为例,考虑钢绞线锈蚀初始和发展过程、锈蚀导致的钢绞线截面积减小、钢绞线强度降低以及钢绞线与混凝土间的黏结性退化,采用Monte Carlo数值模拟方法,建立了锈蚀预应力混凝土桥梁构件抗力退化预测概率模型,分析了锈蚀对预应力混凝土桥梁构件抗力水平的影响。研究结果表明:钢绞线锈蚀开始阶段,坑深增长较快,且各个蚀坑的差值较小;随锈蚀的发展,坑深增长逐渐变缓。锈蚀初始时间服从对数正态分布,不同时刻抗力可用正态分布来表征。     

重庆朝天门长江大桥扣索施工工艺

重庆朝天门长江大桥主桥为三跨连续中承式钢桁系杆拱桥。主桥钢桁梁采用悬臂架设,中跨主拱采用架设扣塔安装。其扣索采用高强度、低松弛钢绞线,单根穿挂、单根张拉工艺施工。扣索的施工主要包括施工准备工作、钢绞线下料、施工平台搭设、固定端穿索、张拉端穿索、张拉、索箍和减振器安装、扣索拆除等工序。采用MIDAS/Civil有限元软件中的空间梁单元、索单元、桁架单元建立空间杆系模型,对扣索的各根钢绞线张拉力精确计算,所有钢绞线逐根一次张拉到设计值,所有扣索最后无须调索。     

某悬索斜拉索组合式跨越管桥的换索设计

某(320+500+225)m悬索斜拉索组合式跨越管桥,运营多年后索结构出现防腐保护层老化、破损,钢丝锈蚀严重,索体松弛等病害。为保障管桥结构和运营安全,对全桥主缆、吊索及斜拉索进行更换设计。新索全部采用镀锌钢丝绳。采用整体置换法更换主缆,在锚固墩和塔顶设计新主缆通道,按设计空缆线形架设新主缆;采用单根置换法更换所有吊索,新主缆逐步替代旧主缆;采用单根置换法更换斜拉索,从桥塔向跨中逐根进行,北塔和南塔同步;所有缆索更换完后,进一步调整索力和线形;最后参照公路桥梁缆索的防腐技术对所有新索进行防腐处理,并拆除旧主缆。采用MIDAS Civil 2012进行换索计算,结果表明结构受力均满足规范要求。该管桥已于2015年底成功完成换索,目前运营情况良好。     

矮塔斜拉桥斜拉索单根张拉均匀性研究

矮塔斜拉桥的斜拉索采用平行钢绞线,钢绞线使用单根张拉。基于斜拉索全部张拉完后每一根钢绞线的力值达到均值,通过按斜拉索施工的逆顺序建立拉索的平衡方程,推导出计算每一根钢绞线张拉控制力的公式,并对其进行温度修正。修正的公式正确反映了主梁和斜拉索的温度效应。此计算方法运用于瑞丽江特大桥工程实例中,与Midas/civil2012有限元计算结果对比,最大误差为0.9%。结果表明,此种计算方法具有科学、准确、简单等优点,能够达到斜拉索单根张拉均匀性的目的,同时为同类型桥梁的设计施工提供经验。     

平行钢绞线斜拉索每股钢绞线安装索力的计算

该文首先基于悬链线理论得到了在给定整束索索力的条件下,无应力索长的计算公式;其次,引入无应力状态法理论,以钢绞线无应力长度为目标,通过迭代计算解决了在已知每股钢绞线无应力长度的条件下,主塔两侧斜拉索的各股绞线的安装索力确定问题,采用Fortran语言编制了该算法的程序;最后,将该方法运用于南宁市五象大桥中,对其边、中跨7号斜拉索A7、J7的各股钢绞线的安装索力进行了求解,结果表明:该方法可靠,可为该类型的拉索施工提供理论指导。     

有限元程序对索单元的模拟计算方法探讨

讨论了目前有限元软件对索单元模拟计算的考虑垂度的Ernst公式刚度折减和考虑初应力效应的几何刚度方法,并给出了精确描述索单元力学行为的解析方法。根据目前桥梁工程中主缆和斜拉索常用的力学和尺寸参数进行计算,分析两种模拟计算方法与解析解之间的误差,最后总结了悬索桥和斜拉桥计算时对主缆和斜拉索应采用的合理的模拟计算方法。     

爆炸作用下钢绞线斜拉索破坏模式和剩余承载性能试验

为研究爆炸荷载作用下斜拉桥钢绞线斜拉索的破坏模式和剩余承载性能,开展了8根15.7-7钢绞线斜拉索试件的野外爆炸试验以及爆炸损伤钢绞线的静力轴向拉伸试验,得到了钢绞线斜拉索在接触爆炸及近距离爆炸作用下的破坏形态和损伤钢绞线的剩余承载力;并根据断丝数量和承载力损失定量比较了高密度聚乙烯护套(HDPE)、单层钢管护套(SST)、双层钢管护套(DST)以及泡沫铝夹层钢管护套(FAFST)4种不同防护措施的抗爆防护效果。研究结果表明：在接触/近距离爆炸作用下,钢绞线斜拉索的损伤破坏主要表现为正对爆炸作用区域部分钢丝断裂和局部横向变形;采用FAFST防护可以有效地改善钢绞线斜拉索的破坏程度,HDPE防护效果有限;相较于无防护的祼索,SST与DST防护反而加剧了斜拉索试件的损伤程度;爆炸损伤钢绞线的剩余承载力与剩余钢丝数量成正比。基于试验结果和回归分析方法,提出了爆炸损伤钢绞线斜拉索剩余承载力评估的实用公式,可以在爆炸灾害后根据钢绞线断丝破坏情况,快速评估斜拉索的剩余承载能力。     

双曲拱桥缆索无支架吊装主索、起重索和牵引索的计算(二)

七、主索计算实例 1.主索的计算步骤 一般按下列步骤计算主索。 (1)取主索的最大张力为 Hm=(Tmax)/K (44) 式中:Tmax为主索钢丝绳的破断拉力,K为安全系数,一般取K≥3。 (2)计算相应的主索垂度。此垂度要满足吊装净空高度的要求。 (3)计算在吊装边孔的边段肋时(跑车在塔架前)主索的张力和相应的跑车升     

温州瓯江北口大桥施工期索夹抗滑移控制

温州瓯江北口大桥为主跨2×800 m的三塔四跨双层钢桁梁悬索桥,主跨钢桁梁采用1 000 t缆载吊机大节段吊装,施工期索夹受力大、索夹螺杆紧固力损失大,索夹滑移风险高。为给施工期索夹滑移风险评估和抗滑移控制措施提供依据,在《公路悬索桥设计规范》(JTG/T D65-05—2015)索夹抗滑移系数计算公式的基础上,考虑索夹上临时荷载、主缆轴力增加引起的主缆直径变小和主缆丝股重新排列、螺杆时变效应造成的索夹螺杆紧固力损失,提出适用于大跨悬索桥施工期的索夹抗滑移系数计算方法,分析主要参数对施工期索夹抗滑移系数的影响,并评估该桥施工期索夹抗滑移风险,提出索夹抗滑移控制措施。结果表明：钢桁梁吊装过程中,索夹倾角变化大,应采用当前施工阶段索夹倾角计算施工期索夹抗滑移系数,主缆轴力增加引起主缆直径变小是造成索夹滑移的主要原因之一;该桥除主跨跨中钢桁梁节段对应索夹抗滑移系数满足规范要求外,其余索夹抗滑移系数均不满足规范要求。根据索夹滑移风险评估结果,采取紧固索夹螺杆的抗滑移控制措施,并明确了该桥索夹螺杆紧固次数和时机。该桥采取索夹抗滑移控制措施后,施工过程中索夹均未出现滑移现象。     

腐蚀拉索钢丝的双蚀坑应力强度因子研究

目前针对腐蚀钢丝剩余疲劳寿命的理论研究,通常采用将点蚀坑模拟为单裂纹,计算其应力强度因子,通过线弹性断裂力学的计算方法进行.由于腐蚀钢丝中往往出现多个典型蚀坑相邻的情况,有必要研究多蚀坑分布情况下应力强度因子的变化问题.该文研究了拉索钢丝双蚀坑裂纹的相互影响行为.考虑了两条裂纹在钢丝不同轴向距离以及周向不同角度分布的情况,利用有限元软件计算出不同分布状态下主裂纹裂纹尖端各积分点的应力强度因子,对比分析与单蚀坑裂纹应力强度因子的参数关系,得到了相互影响系数在不同状态下的分布情况.在单裂纹应力强度因子计算基础上,提出了引入修正系数来计算双蚀坑裂纹应力强度因子的简化计算思路,进一步拟合了其简化计算公式,且拟合程度良好.研究表明:当裂纹轴向间距大于主裂纹深度3.8倍时,裂纹之间不存在相互影响作用,两条裂纹投影面重叠部分应力强度因子减弱,其余部分加强,加强部分应力强度因子计算可采用该文拟合公式,为双蚀坑裂纹的计算分析提供了更加简便的计算方法.     

钢索燃烧特性和钢绞线高温力学性能试验研究

以某斜拉索特大桥火灾为背景,对受火损伤钢绞线进行了力学性能检测,量测了断面收缩率、极限抗拉强度等指标的变异情况,并根据受火损伤钢绞线抗拉强度折减情况评估其受火程度;对完好钢索进行了火灾燃烧模拟试验,获得了钢索火灾燃烧模式和钢索燃烧时温度场分布规律;同时对未受火损伤钢绞线进行了高温下及高温后力学性能试验,评估初始施工荷载作用的影响程度;最后,对受火损伤钢绞线火灾温度场进行推定,依据极限抗拉强度、断面收缩率等力学指标推定火灾温度场的可靠性及局限性。研究结果表明:钢索的火灾危险性极大,且钢索内各根钢绞线受火程度存在明显差异,根据断面收缩率-温度关系推定的火灾温度场能较好地反映钢绞线在火灾中的实际情况。     

悬链线理论精确定位悬索桥基准索股

在悬索桥施工过程中,基准索股是否能精确定位是关系到整个悬索桥成桥主缆线形是否达到设计线形,因此本文考虑采用悬链线理论对大跨度悬索桥基准索股理论计算垂度在温度、塔偏、主塔预抬量影响下进行修正,推导出各影响因素下的修正系数,根据影响因素变化量进行修正得到基准索股实际架设垂度,并根据基准索股实际垂度与实际架设垂度差值进行放索量的计算,通过调整索长来进行基准索股线形的调整。算例分析表明:本文根据悬链线理论进行的基准索股架设时影响因素下的修正系数的推导是正确可行的。     

锈蚀钢丝疲劳断口分析与寿命预测

为了研究桥梁锈蚀高强度钢丝的疲劳性能以及疲劳断裂机理,并为基于断裂力学理论的锈蚀高强度钢丝疲劳寿命评价提供试验依据,以服役10余年的漂浮结构体系的拱桥吊杆退役钢丝及人工加速腐蚀钢丝为试验样本,对这2类钢丝进行了不同应力幅下的疲劳试验;利用扫描电镜分析了锈蚀钢丝的疲劳断口形貌特征以及疲劳断裂失效过程,对比分析了2类锈蚀钢丝疲劳源的蚀坑尺寸;考察了2类锈蚀钢丝初始裂纹应力强度因子及剩余断裂韧性,并与既有的钢丝疲劳阈值和断裂韧性指标进行了比较;采用三参数公式对锈蚀钢丝应力-寿命(S-N)曲线进行了拟合,对比了不同锈蚀程度钢丝S-N曲线的差异;针对锈蚀钢丝高应力幅的疲劳寿命特征,运用线弹性断裂力学方法对其进行了分析。结果表明:随着腐蚀程度的增加,钢丝的疲劳性能下降;表面蚀坑分布较密时,容易诱发多源裂纹并表现出不规则的裂纹扩展规律;萌生主裂纹的蚀坑阈值条件主要由疲劳裂纹扩展阈值ΔK_(th)控制;锈蚀钢丝S-N曲线在低应力范围下出现拐点,符合三参数公式的拟合规律;锈蚀钢丝的裂纹扩展寿命所占比例较大,基于一定初始裂纹尺寸假设得到的疲劳裂纹扩展寿命SN曲线能较好地反映锈蚀钢丝中等寿命区的平均疲劳行为。     

双曲拱桥缆索无支架吊装主索、起重索和牵引索的计算(一)

一、主索计算的几个假定 与计算简图的选取 计算主索时,可引入如下的几个假定: 1.支承于两塔架上、两端固定于地垄(或地锚)的主索是三跨连续的。计算时,通常忽略两边跨(锚固段)对中间跨的影响(当锚固长度较长时,这种影响则不能忽略,见六)和不计两塔架的位移,而把主索与索鞍(在塔架顶处)的接触点视为不动点,将主索按两端固定的单跨柔索计算,如图1、b)所示。     

大跨度地锚式斜拉桥换索施工技术

郧县汉江大桥为(86+414+86)m地锚式预应力混凝土斜拉桥,每塔两侧各布置2×25根斜拉索。检测发现:斜拉索索力和设计理论状态误差较大,PE护套损伤,钢丝锈蚀严重,斜拉索系统属于四类部件。为确保桥梁结构的长期安全,结合该桥斜拉索体系病害情况,运用等强度换算原理,设计新斜拉索[采用镀锌平行钢丝、PES(HD)低应力全防腐索体、全防水结构等多项技术],替换全桥旧斜拉索。斜拉索更换顺序为病害斜拉索优先,单塔对称、双塔反对称,由长索到短索的原则进行更换。有限元结果表明,在整个换索过程中,斜拉索、主梁和桥塔结构变形、应力和强度验算均能满足规范要求。换索施工工序为旧索放张→旧索拆除→新索安装与张拉→索力调整。通过优化施工工艺,长索单塔换完后,2个点4根索同时更换,将换索工期降低到120d,极大地缩短了施工工期。     

洪都大桥索夹抗滑试验研究

为了解自锚式悬索桥索夹的实际抗滑性能,以洪都大桥为背景,采用足尺模型试验和实体有限元分析相结合的方法研究自锚式悬索桥索夹螺栓轴力衰减规律、索夹应力分布及抗滑摩阻系数.结果表明:螺栓轴力衰减先快后慢,螺栓最终的有效轴力约为设计轴力的80％;索夹内应力均从加载端到索夹末端逐渐减小,滑移推力工况下索夹最大应力普遍大于设计推力工况下的,在螺栓轴力偏大位置索夹应力也较大,说明索夹内摩阻力沿主缆轴线并非完全呈理想的线性分布;实测索夹抗滑摩阻系数为0.25,比规范建议值0.15偏大,实测值偏安全.建议施工时按先两端后中间且对角施拧的顺序施拧螺栓,控制各螺栓紧固力的一致性,并在关键工况前进行重复施拧.     

刘家峡大桥主缆空隙率及索夹抗滑移试验研究

刘家峡大桥主桥为单跨536 m 的桁式加劲梁双索面悬索桥,单根主缆采用44股127根φ5．2 mm 镀锌高强钢丝,设计空隙率在索夹处取18％,在索夹外取20％,主缆索夹由2个半圆形铸钢结构通过高强度螺栓上下对接紧箍在主缆上,接缝处嵌填橡胶防水条。索夹的抗滑移性能是影响悬索桥主缆正常使用的一个主要因素。为了解该桥索夹抗滑移性能是否满足设计要求,在大桥主缆架设完紧缆后,在主缆上同时安装制动索夹、试验索夹以及推力千斤顶,利用千斤顶模拟索夹下滑力,对计算确定的最不利索夹进行顶推试验,测试索夹抗滑移摩阻系数和索夹内、外部空隙率。试验结果表明：实测索夹抗滑移摩阻系数为0．213,大于设计要求的0．15,满足设计要求;实测索夹内、外部空隙率分别为17．6％、18．4％,满足设计要求。     

某悬索桥索夹空间受力分析

桃花峪黄河大桥主桥为双塔自锚式钢箱梁悬索桥,索夹采用上下对合的销接式结构,由上半部、下半部(含耳板)及螺杆等构成。为了解该桥主缆—索夹构造的受力特性,选取典型索夹为研究对象,采用ANSYS建立主缆与索夹空间局部有限元模型,对索夹各板件的受力状况、应力扩散规律进行分析研究,并与简化公式结果对比验证。结果表明:在不利荷载作用下,该桥索夹各钢构件应力均满足规范要求,应力在各板件间传递流畅;上半部索夹圆弧段环向拉应力与简化公式计算结果吻合较好;主缆与上半部索夹圆弧段接触面压应力约为简化公式计算值的85%,主缆与下半部索夹接触面压应力沿主缆方向分布明显不均匀,呈"V"形分布,设计时应考虑其不利影响。     

基于有限元强度折减法确定某隧道的安全系数

有限元强度折减法在确定边坡安全系数中得到了广泛应用,其基本原理为：同时折减土体材料强度参数c、φ值,找到边坡濒临破坏时的折减系数,此折减系数即为安全系数。对于隧道结构可采用类似的方法：折减土体的材料强度,将隧道濒临破坏时的折减系数定义为隧道的安全系数。通过有限元强度折减法计算得到算例隧道的安全系数。     

有限元强度折减法对两类土坡的稳定性分析

基于强度折减理论对两类土坡进行稳定性分析,根据土体破坏机理,对土体的抗剪强度参数c,φ以不同的折减系数进行折减。针对工程实际中以单一的安全系数表示边坡的安全储备情况,采用两种方法对折减后的安全系数进行对比分析:最短路径法物理意义较为清晰,最小平均值法计算较为便捷,两者在数值上差距并不大。并对两类土坡的剪胀性作为影响因素与c,φ同时进行折减分析,作出各自安全系数受剪胀角的影响曲线,得出黏性土坡可以不考虑剪胀性,砂性土坡不仅在评定安全系数中考虑剪胀角的影响,在评估失稳破坏程度上也要考虑剪胀角的影响。