空心板梁铰接缝模型有限元仿真数值分析

通过三组模型试验结果和计算机仿真计算分析了空心板铰缝实际受力情况及荷载横向分布比较。计算分析表明,空心板结构在外荷载作用下,铰缝处于底面受拉,顶面受压,竖向伴随着受剪的复合应力状态,铰缝横向弯曲性明显。铰缝间设置钢筋后,可以明显提高空心板横向连接效果,其中以交叉斜门筋最为显著。     

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。     

空心板混凝土铰缝抗剪性能试验研究

为了研究空心板普通混凝土铰缝的抗剪性能,设计了测试铰缝抗剪性能的试验.对混凝土铰缝试件施加单调试验荷载,观察在剪力作用下试件受力全过程及破坏形态.试验表明,在试验加载作用下,设置抗剪钢筋的试件会在混凝土块和铰缝的结合面处开裂,而后抗剪钢筋屈服,试件破坏;抗剪钢筋不能提高混凝土铰缝开裂时的抗剪强度,但是试件开裂后能继续承受剪力,并提高铰缝的抗剪承载力.综合室内铰缝试件抗剪试验结果和相关文献研究成果的分析,建议了结合面光滑情况下的混凝土空心板铰缝抗剪强度和承载力的计算公式.     

空心板桥新型粗骨料UHPC铰缝抗剪性能试验

为研究空心板桥新型粗骨料超高性能混凝土(UHPC)铰缝的抗剪性能,对14个铰缝试件进行了静力抗剪试验,试验参数包括铰缝混凝土材料类型、界面处理方式、抗剪钢筋构造形式、抗剪钢筋强度等级和配筋率。分析了试件的裂缝发展过程和分布规律、破坏模式以及各试验参数对铰缝抗剪性能的影响;同时,基于铰缝典型的荷载-位移曲线分析了铰缝的抗剪机理。试验结果表明：铰缝的裂缝宽度从下至上呈现逐渐减小的规律,由于传统配筋方式上部抗剪钢筋的位置靠近顶部,导致上部抗剪钢筋在铰缝抗剪承载力极限状态时尚未屈服,对抗剪承载力的贡献小。试件破坏模式分为2种：传统铰缝的界面剪切破坏;UHPC铰缝的预制混凝土块剪切破坏。UHPC材料、界面预留槽处理方式、抗剪钢筋新配筋方式以及提高抗剪钢筋的强度等级和配筋率,均能不同程度地提升铰缝的抗剪性能。与传统铰缝相比,新型粗骨料UHPC铰缝的开裂荷载、抗剪承载力和名义抗剪刚度提升幅度分别可达42.8%、185%和218.3%。当达到抗剪承载力极限状态时,UHPC铰缝主要依靠抗剪钢筋屈服提供的剪切摩擦抗力以及预制混凝土块剪断提供的剪切抗力来抵抗外荷载。提出了UHPC铰缝开裂荷载及抗剪承载力计算公式。计算结果表明：开裂荷载、抗剪承载力试验值与计算值比值的均值分别为1.47、1.19,变异系数分别为0.05、0.12,所提出的计算公式可以较精确和稳定地预测UHPC铰缝的开裂荷载及抗剪承载力。     

基于有限元的既有空心板桥铰缝失效影响分析

铰缝失效是既有空心板桥常见的病害。为了分析铰缝失效对既有空心板桥的性能影响,结合某既有空心板桥,从铰缝不完全失效、铰缝完全失效及不同位置铰缝破坏方面分析了铰缝失效病害对该桥荷载横向分布系数的影响。结果表明:铰缝破坏对桥梁上部结构的横向联系具有削减的作用,随着铰缝破坏的发展,单板受力的效应趋于明显;某一道铰缝完全失效,其相邻的几块空心板荷载横向分布系数明显增大,距离其较远的空心板受其影响较小。     

新型空心板铰缝的受力性能

为了克服传统铰缝混凝土无法有效振捣、不具备抗弯和抗裂能力等技术缺陷,设计一种新型空心板铰缝并建立其三维有限元分析模型,对新型空心板铰缝在二期恒载、收缩徐变、温度梯度及车辆荷载作用下的受力性能进行分析,并对实体单元进行内力积分,得到铰缝跨中截面的内力后配筋计算方法。结果表明:荷载作用在铰缝中下部将产生可使铰缝开裂的拉应力,需合理配置纵向钢筋;偏载为铰缝的最不利布载方式,最外侧铰缝为受力最大铰缝。     

装配式空心板桥铰缝破坏原因分析

为了探究日照市S335线上沈马庄桥1#铰缝破坏是由大件运输车还是由社会超载车辆所造成,通过ANSYS软件建立实体有限元模型,对铰缝在大件运输车荷载和社会超载车辆荷载作用下的受力情况进行对比分析,在对破坏铰缝与相邻空心板考虑接触的基础上,通过对铰缝砼弹性模量进行折减模拟荷载的横向分布。结果显示,社会超载车辆荷载作用下1#铰缝各项内力均大于大件运输车荷载,通过折减铰缝弹性模量计算的挠度与实测值吻合良好,铰缝破坏是由社会超载车辆造成的,破坏形式为砼间粘结失效,可通过折减铰缝砼弹性模量模拟荷载横向分布,以面-面接触模拟铰缝破坏的方法合理。     

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。     

考虑铰缝损伤的装配式空心板梁桥荷载横向分布系数计算方法

为准确计算装配式空心板梁桥铰缝损伤后跨中截面荷载横向分布系数,以5片空心板组成的装配式梁桥为研究对象,基于铰接板梁法,考虑铰缝损伤,提出修正铰接板梁法。基于铰缝损伤的受力特性(铰缝抗剪刚度变小,使铰缝两侧的空心板间产生附加挠度Δwi),引入铰缝刚度分配系数ξi和协同工作系数i,根据相邻板梁在铰缝处竖向相对位移为0的变形条件,推导出铰接力gi正则方程并求解,采用铰接力gi与荷载横向分布影响线竖标值ηij的对应关系,计算荷载横向分布系数。采用该方法计算4×13m简支钢筋混凝土空心板梁桥跨中荷载横向分布系数,并与荷载试验、有限元法及传统铰接板梁法的结果进行对比。结果表明:该方法的计算结果与桥梁荷载试验的结果较相符,验证了该方法的有效性。     

装配式空心板铰缝界面抗剪性能试验与数值模拟

为了掌握空心板铰缝新旧混凝土界面抗剪性能,并为新旧混凝土界面抗剪数值模拟提供参考,提出了铰缝新旧混凝土界面黏结的数值模拟方法以及界面黏结参数的合理取值。首先,结合国内外新旧混凝土抗剪性能试验研究方法,根据空心板铰缝的结构与受力形式,选择推出试验对空心板铰缝新旧混凝土界面破坏机理与抗剪性能进行了研究,推出试验共3组试件,每组试件由左、中、右3块试件组成,按1∶2的比例进行缩尺设计。在总结新旧混凝土界面受力性能的数值模拟方法基础上,提出了数值模拟空心板铰缝推出试验所采用的单元、本构关系和结合面的黏结强度,并对黏结滑移刚度及最终滑移值与峰值应力对应的滑移值的比值进行了分析,最后用推出试验结果验证该数值模拟方法的正确性。研究表明,当铰缝推出试验达到极限强度时,试件将沿铰缝新旧混凝土界面发生脆性破坏,平均抗剪强度为1.1 MPa,以平均剪应力等于0.5 MPa为界限,平均剪应力-滑移曲线近似由直线的弹性阶段和曲线的弹塑性阶段组成;数值模拟过程中铰缝混凝土本构关系采用损伤塑性模型,钢筋本构关系采用理想弹塑性模型,新旧混凝土结合面采用面面接触技术模拟,其中黏结滑移刚度取5 MPa/mm,最终滑移值与峰值应力对应的滑移值之比为2,该方法可获得较好效果。     

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。     

铰缝破坏对装配式空心板桥荷载横向分布影响的分析

铰缝破坏是装配式空心板桥的一种常见病害。为了得到车辆荷载下铰缝破坏程度对荷载横向传递的影响趋势以及每块空心板的最不利受力情况,对一座典型的预应力装配式空心板桥进行了计算分析。通过折减铰缝弹性模量的方法来模拟铰缝的破坏程度;采用影响线加载的方法获得最不利的车辆加载工况,并以主板跨中截面梁底的正应力为参数进行分析。结果表明：在铰缝弹性模量折减到千分之一时,正应力变化不大（铰缝两侧主板错位不大）;而当铰缝弹性模量继续减小时,正应力迅速增大（铰缝两侧主板错位迅速增大）。主板最不利的受力状况为单板受力。     

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。     

采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装受力性能研究

为解决现有钢桥面铺装因大面积现浇超高性能混凝土(UHPC)产生收缩开裂,需密集配筋,施工现场需要大量蒸养设备等问题,提出了一种采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装。通过钢-预制UHPC板界面、钢-现浇UHPC板界面和预制-现浇UHPC界面局部模型试验,揭示了采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装各关键界面黏结性能;通过节段足尺模型试验与有限元分析,明确了车辆荷载下采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装的荷载效应。研究结果表明：钢-预制UHPC板界面受拉和受剪破坏均发生于粘胶层与预制UHPC板结合面,法向抗拉和切向抗剪承载力可保守地取5.2 MPa和8.7 MPa;栓钉间距在150~320 mm之间时,栓钉加密对钢-现浇UHPC板界面抗剪承载力影响较小,可根据中国规范进行现浇UHPC板中栓钉承载力的计算,抗剪刚度可保守的取110.0 kN·mm^-1;界面凿毛处理和湿接缝采用蒸汽养护,可使预制-现浇UHPC接缝的抗剪强度分别提升23%和20%,预制-现浇UHPC接缝抗剪强度可保守地取2.4 MPa;在3倍车辆设计荷载作用下,UHPC板以及钢-UHPC板界面的应力均小于容许应力。提出的采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装方案可行。     

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。     

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。     

装配式空心板桥铰缝失效机理分析

装配式空心板桥梁应用广泛，铰缝的损坏是装配式空心板桥梁的一个常见病害，且对于铰缝失效机理存在争议，多数学者认为铰缝设计存在缺陷，铰缝的损伤是被横向拉应力“拉坏”的。对于老桥的调研，发现铰缝病害出现的比例很高，而对新桥的调研发现均未出现铰缝问题，若铰缝是“被拉坏的”，那么铰缝问题不能仅存在于老桥中，所以铰缝失效机理还有其他重要原因。利用ABAQUS建立详细的有限元模型，充分考虑了铰缝与空心板之间的接触、铰缝与空心板的连接钢筋，得出铰缝结构受力合理，其中连接钢筋的地位非常重要，若连接钢筋发生锈蚀，铰缝的受力便出现缺陷，所以得出结论：铰缝病害是连接钢筋的锈蚀而引起的。     

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。     

粉房湾长江大桥桥塔施工过程数值模拟分析

粉房湾长江大桥主桥为双塔双索面斜拉桥,桥塔采用宝塔形曲线钢筋混凝土结构.为了解该桥桥塔在各施工阶段的受力状态,采用有限元分析软件MIDAS Civil模拟桥塔施工动态力学过程,分析桥塔的受力随施工过程变化的规律.分析结果表明:该桥桥塔施工过程中临时横向支撑的最大轴力为966 kN,横梁的施工及预应力的张拉对临时横向支撑的受力影响较大;桥塔施工过程最危险的部位为下、中、上塔柱的底部,这3个部位各自在不同的施工阶段达到其拉应力最大值,且下、中塔柱的底部拉应力最大值均较大.