火损后预应力混凝土空心板梁检测、评估与加固技术研究

火灾在短时间内产生高温并对桥梁结构造成损伤,一般虽不致使桥梁立即倒塌,但却降低了其安全性、适用性和耐久性,使其无法继续正常使用。火灾后,必须及时、科学地对受损结构构件进行损伤评估,才能为火损后桥梁的处治对策提供可靠的理论与数据支持。依托足尺预应力混凝土空心板梁火损试验,进行火损后预应力混凝土空心板梁的检测,研究火损后该类板梁构件的损伤表现。在受火过程中板梁底板混凝土可能会发生爆裂情况,可能导致钢筋及钢绞线外露,直接承受火焰的炙烤。火损后板梁的剩余承载力一方面与钢绞线处的平均过火温度有关,另一方面与混凝土的爆裂严重程度有关,若钢绞线处的平均过火温度较高且混凝土爆裂导致钢绞线外露,则在加载过程中钢绞线可能断裂,使得火损后板梁承载能力明显下降。根据实测的火损后预应力混凝土空心板梁剩余承载力大小,采用粘贴碳纤维布方式对空心板梁进行加固,研究该加固方法的实际加固效果。结果表明:钢绞线所遭受的最高温度是火损后预应力混凝土空心板梁评估中的一个重要指标。烧失量法是检测混凝土过火温度较为精确的一种方法,可供实际工程应用时参考。粘贴碳纤维布加固火损后板梁是一种行之有效的加固方法,但碳纤维布对于刚度的贡献几乎为零。     

预加力对开裂预应力混凝土梁体刚度效应的影响分析

为了研究预加力对预应力混凝土梁桥开裂梁体刚度效应的影响,以公路桥梁中常用的预应力混凝土小箱梁和T梁为研究对象,基于设计规范中开裂预应力混凝土受弯构件刚度计算原理,采用统计分析、室内试验梁和实桥试验相结合方法,分析开裂预应力混凝土梁受拉区预压应力与梁体短期抗弯刚度的关系。结果表明:小箱梁和T梁受拉区混凝土开裂后,随预加力在受拉区混凝土所产生预压应力的增大,开裂梁体短期抗弯刚度提高;对于开裂预应力混凝土梁桥,采用增设体外预应力钢束的加固方法进行加固,可以有效地提高梁体短期抗弯刚度,较好地抑制梁体受力裂缝的发展。     

火损预应力混凝土T梁承载能力性能研究

目前对火烧后桥梁实际状态承载力研究较少,本文以某火烧预应力混凝土T型梁桥为研究对象,分析了其火烧前后桥梁承载能力极限状态及正常使用极限状态下的承载能力,并对该桥火烧孔和未火烧孔进行了现场荷载试验对比;承载能力检算及荷载试验数据结果分析均表明,火烧后桥梁结构整体性较差,结构刚度消弱明显,桥梁承载能力有明显的下降,但还基本满足设计承载能力要求。本文研究可为同类桥梁发生火损时的快速检测评定加固提供参考。     

燃油火灾下预应力混凝土梁耐火试验

为研究预应力混凝土（PC）桥梁遭遇燃油火灾时的耐火性能，设计制作了3榀大比例PC简支缩尺模型试验薄腹梁，包括1榀箱形截面梁和2榀双T形截面梁，以荷载水平和截面类型为试验参数，开展了燃油火灾升温条件下PC梁局部受火试验。获取了梁截面混凝土温度和预应力钢束温度变化、跨中挠度变化、有效预应力衰变、裂缝开展、爆裂分布与深度以及耐火极限相关试验数据，深入探索了燃油火灾高温下PC梁的损伤演化规律和破坏模式。试验结果表明：梁截面各测点温度在受火期间随着受火时间的增加其整体趋势不断升高，由于水分的蒸发造成温度曲线在100 ℃~120 ℃之间有一明显的缓平段，箱形截面梁箱内温度在达到100 ℃后几乎保持不变。停火后，混凝土内部和预应力钢束温度持续升高，距受火面距离越远，在停火后升温持续时间越长，预应力钢束在停火后最高升温161 ℃。火灾下PC梁挠曲变形分为受火初期显著增长、受火中期缓慢增长和受火后期急速增长3个阶段，最终由于预应力钢束断裂表现出明显的脆性破坏特征。按常温下适筋梁设计的PC模型试验梁在火灾高温下呈现为少筋梁破坏特征；钢束的有效预应力在火灾高温下表现出先增加、后衰减，最后被拉断应力突然降低的三阶段变化特性。箱形闭口截面梁的混凝土温度和预应力钢束温度均低于双T形开口截面梁，其耐火性能明显优于双T形开口截面梁，破坏时预应力钢束临界温度分别为397 ℃和319 ℃。荷载水平由0.35增加至0.55时，火灾下PC梁耐火极限降低21%，破坏时预应力钢束临界温度由416 ℃降低至319 ℃。研究成果可为PC桥梁耐火试验提供方法指导，为其抗火设计和灾后应急提供理论依据。     

截面不均匀收缩对T梁腹板受力性能影响分析

T形梁桥腹板竖向裂缝是该类桥梁的典型病害之一,混凝土梁体不均匀收缩是引起裂缝产生的因素之一.为准确分析T梁截面内不均匀收缩效应,探索不均匀收缩效应对T梁腹板受力性能的影响,取不同影响因素对T梁进行了分析.该文以梁体各部位构件理论厚度(比表面积)及GL2000收缩预测模型为基础,引入桥面铺装和普通钢筋对截面不均匀收缩效应的影响,通过ADINA有限元软件建立计算模型,以等效温度法对截面不均匀收缩效应进行了数值计算.根据计算可知:由于T梁各部位体表比不同,导致T梁截面产生不均匀收缩应力,腹板较薄,呈受拉状态,而翼缘板与马蹄呈受压状态;桥面铺装和普通钢筋对截面不均匀收缩效应有显著影响,该效应使T梁腹板内产生可观的拉应力,对T梁腹板开裂有重要的影响.     

包神铁路混凝土桥梁横向刚度加固设计方案

在分析包神铁路混凝土桥梁检定报告、按现行规范检算和动力计算结果的基础上,得出桥梁横向刚度不足的结论,制定了6种不同类型T形梁桥的加固方案,即:对短跨低高度混凝土T梁采用增设钢筋混凝土横隔板、对16m以上混凝土T梁采用增设预应力混凝土横隔梁的方案.通过加固前后动力计算结果对比,证明该方案加固效果显著,加固后桥梁符合现行规范要求.     

粘钢一体外预应力综合加固T梁的结构特性研究

为研究粘钢一体外预应力综合加固法加固的T梁的受力特性,采用粘钢加固、体外预应力筋加固、粘钢一体外预应力综合加固法加固混凝土T梁,对比3种加固方法加固下T梁的结构刚度、裂缝宽度和极限承载力等结构特性,采用有限元进一步分析加固后梁的结构特性,并根据结果提出综合加固法加固下T梁承载力建议计算公式.研究表明,粘钢一体外预应力综...     

预应力混凝土空心板梁火灾中行为特点的试验研究

桥梁结构遭受火灾时内部会产生不均匀的温度场,温度场的分布及其随时间的变化十分复杂。开展室内火灾试验,使3片足尺预应力混凝土空心板梁经受不同程度的火损,探究试验梁的温度场分布、梁体变形以及应力应变的变化规律。3片试验梁在相同的火场温度(仅受火时间不同)下进行火灾模拟,各片梁的爆裂程度却不相同,在进行温度场计算时需考虑每片梁的混凝土爆裂程度。借助有限元软件ANSYS模拟梁体的温度场时考虑实际爆裂情况,得到的计算结果与试验数据吻合度较好。各片梁经受火灾时的应变变形具有相似的规律性,借助有限元软件ABAQUS得到梁体的受力和变形计算模型,计算结果显示在火损时间小于1 h时,模型与实测吻合较好,可用于分析大部分的实际火灾情况。     

加固T梁承载能力评估试验研究

本项目研究依托于某座预应力混凝土简支T梁桥加固工程,取其中一片T梁为试验构件,采用粘贴钢板进行加固,通过开展单梁破坏性试验,对比分析加固前后T梁试验结果,今后在评价同类型桥梁的极限承载能力、风险安全评估和加固效果验证,具有重要的理论指导和工程实际意义。结果表明,采用钢板加固法一定程度上可减小梁体挠度、限制或延缓裂缝开展,对T梁承载能力的提升具有显著作用。     

粘贴双L形钢板加固PC简支T梁的抗剪性能

为了研究粘贴竖向双L形板加固预应力混凝土T梁抗剪性能,开展了室内模型试验,获取了加固梁和未加固梁的荷载挠度曲线,观察了梁体的损伤发展过程,测试了箍筋和钢板的应变发展规律.基于混凝土塑性损伤模型,考虑钢筋和钢板材料非线性效应,分别建立了未加固和加固梁的非线性数值模型.对比分析了试验结果和数值有限元分析结果,验证了数值模型...     

桥面过火后的预应力混凝土T梁分析与加固

基于京港澳高速公路黄河大桥引桥35m简支T梁的桥面火灾事故,根据火灾后混凝土强度和钢筋强度等检测结果还原了梁体温度场分布状况,通过模拟T梁受损混凝土的切割过程,获得梁体应力和挠度变化规律,并据此提出了先凿除受损混凝土,然后对梁体施加强制位移,最后通过释放强制位移恢复后浇混凝土压应力的加固方法。加固全过程采用桥梁专用有限元程序Midas/Civil进行分析,形成了符合实际的两阶段加固方案,即先期快速恢复交通需要的结构性加固,后期保障桥梁长期健康运营需要的耐久性修复。结果表明:随着梁体凿除深度的加大,梁体将先出现上拱继而发生下挠;在钢管立柱建立的临时支撑系统下,对切割混凝土后的梁体施加顶升反力,并在浇筑新混凝土后,通过释放反力将顶板恢复到受压状态,恢复整个受损T梁至设计理想状态。     

火灾下预应力混凝土T形截面梁破坏模式研究

为了给出火灾下预应力混凝土薄腹梁的破坏准则,针对火灾下预应力混凝土T形截面梁桥的破坏问题,研究火灾高温传导模式和热传导混合边界条件,设定预应力混凝土T形截面梁的火灾作用模式,分析其温度场分布状态,并给出预应力混凝土T形截面梁变形破坏的计算细节和判定条件。采用热力场耦合计算方法,研究不同火灾模式下预应力混凝土T形截面梁桥的破坏模式,跟踪不同火灾模式下预应力混凝土T形截面梁的梁肋变形和翼缘板变形路径。研究结果表明:仅预应力混凝土T形截面梁的梁肋受火时,梁肋的破坏时间和翼缘板的破坏时间相同,其耐火时间相对于其他受火模式较长;预应力混凝土T形截面梁下部单侧受火时,T形截面梁的截面产生显著畸变,受火侧翼缘板的破坏先于梁肋的破坏,破坏时间提前10min;预应力混凝土T形截面梁下部和顶部均受火时,两侧翼缘板的破坏均先于梁肋的破坏,破坏时间提前10min;预应力混凝土T形截面梁顶板受火或整体受火时,T形截面梁的破坏时间相对较早,为40~60min,顶板受火对预应力混凝土T形截面梁的耐火极限影响显著,该研究可为预应力混凝土薄腹梁的抗火性能研究和抗火设计提供理论依据。     

考虑防火涂料的PC箱梁时空温度场及刚度退化试验研究

为了明确涂有防火涂料的预应力混凝土（PC）箱梁火灾温度场及火灾后的刚度退化性能,针对3片有、无膨胀型防火涂料的PC简支箱梁开展了火灾模型试验研究。基于预应力混凝土梁受火性状推导了刚度衰变率与挠度衰变率关系方程,通过分析混凝土箱梁截面时空温度场分布状态,基于分区域理论提出了一种PC箱梁受火损伤后初始截面等效刚度简化计算方法,并基于自振频率推导了受火梁动刚度计算公式;对模型梁进行了火灾后的静力逐级加载和动力性能试验,分析了受火梁挠度、频率等静、动力参数的变化规律,研究了受火损伤状态对箱梁静、动力特征参数的影响;基于理论计算和试验数据对比分析了受火梁静、动力刚度在不同损伤状态下的退化规律。研究结果表明：膨胀型防火涂料的使用显著降低了预应力混凝土箱梁的高温敏感性,混凝土温升速率明显下降,大幅降低了混凝土结构温度,有效减少了混凝土结构开裂和爆裂现象;受火试验梁的截面静刚度随荷载增加而逐渐减小,且初始损伤越大,进入弹塑性阶段发展越快,越早达到结构极限承载力;初始损伤状态对结构截面静刚度的影响大于对结构动刚度的影响,且截面静刚度衰减速率比动刚度衰减速率更快。提出的受火梁静、动刚度及固有频率的简化计算方法可为火损箱梁的结构静、动力性能初评估提供理论依据。     

不同配筋形式超高性能混凝土梁受弯性能试验研究

对3根不同配筋形式(普通钢筋配筋方案、钢板配筋方案、预应力筋配筋方案)的UHPC梁进行了受弯性能试验,结果表明:①相同配筋率条件下,钢板配筋方案(TB-2)较普通钢筋配筋方案(TB-1)更有利于限制裂缝的扩展,但对初裂荷载影响不大;②预应力筋配筋方案梁(TB-3)普通钢筋配筋率低,梁体开裂过后,裂缝迅速扩展,达到极限荷载时的最大裂缝远大于钢板配筋方案(TB-2)和普通钢筋配筋方案(TB-1);③建立了考虑受拉区UHPC抗拉贡献的抗弯承载能力计算公式,计算值与试验值吻合良好,为超高性能混凝土结构设计提供参考。     

考虑刚度损伤的装配式T梁桥横向分布计算

现有关于装配式T梁桥横向分布的研究多集中在新建桥梁,考虑在役T梁桥发生主梁刚度损伤条件下的荷载横向分布问题少有研究,为提高在役装配式T梁桥内力计算精度并更好地服务于桥梁的加固计算,基于贵州在役的某5片T梁组成的装配式多梁桥,考虑其在役期间梁体裂缝引起的刚度分配,对梁体裂缝进行定量统计并确定其刚度折减系数,假设横梁刚度无穷大,认为主梁挠度由两部分产生,即梁体完好情况下的挠度和刚度损伤那部分引起的附加挠度,继而在传统刚性横梁法的基础上利用结构力学公式推导出合理的理论方法。最后将本研究推导理论结果与传统刚性横梁法,修正的刚性横梁法,ANSYS有限元数值方法进行计算分析,再结合实桥荷载试验数据进行对比,结果表明:(1)传统刚性横梁法与试验相比误差最大,最高达到9.2%,这是因为理论计算未考虑桥梁服役期间的裂缝段引起刚度损伤;(2)考虑刚度损伤的修正刚性横梁法与实桥荷载试验误差最小,在1.3%~3.7%之间,这是因为考虑刚度损伤的同时还综合考虑了钢筋及预应力筋,桥面铺装和横隔板对截面刚度的贡献,更贴合实桥的服役特点。因此,建议评估在役装配式T梁窄桥荷载横向分布及承载力分析时采用本研究的方法更为精确,传统计算方法在桥梁设计时偏安全。     

FRP加固病害混凝土受弯构件的抗弯性能研究

为了研究碳纤维加固梁体的机理，应用弹性力学理论，分析粘贴碳纤维加固钢筋混凝土梁前后以及考虑预栽作用下加固梁的受弯全过程，运用目前广泛接受的计算方法计算了梁体极限荷载承载力，并将计算结果与试验结果进行了比较。结果表明，采用FRP加固的钢筋混凝土梁的刚度较普通钢筋混凝土梁的刚度都有明显提高，纤维布同时对承受以抗弯为主的构件具有增强刚度、控制挠度的作用。另外，FRP加固对梁的刚度有较大影响，特别是对屈服阶段的刚度影响较大。     

某预应力混凝土连续梁桥火损评估与加固

某大桥靠岛岸侧的5×35m连续梁引桥于2012年某日凌晨3时左右遭受火灾。为恢复该桥的使用功能,针对火损后的桥跨进行现场检测,并结合火场温度和结构温度场的模拟分析,对结构的受损程度进行综合评定。结果表明箱梁表面有较大面积的混凝土崩落,且造成钢筋外露,受火灾影响最为严重的是内侧翼板处,因火损导致8根横向预应力钢绞线外露。在此基础上针对箱梁混凝土火损后剥落采取砂浆修补或灌注并结合粘贴锚固钢板的措施;针对翼板横向预应力火损采取增设钢结构隔板的措施;针对结构整体采用张拉粘贴预应力碳纤维板的措施进行维修加固。经试验评定,验证了加固方案实施后的桥梁承载能力得以恢复。     

某在役高速公路高架桥的加固设计研究

基于连霍国道主干线某高架桥的病害调查,分析了裂缝损伤产生的主要原因。针对桥梁结构的病害和桥梁实际运营中存在的超载问题,采用了体外纵向预应力弯起钢束和粘钢板、粘贴碳纤维技术相结合的结构加固措施。通过对原结构和加固后桥梁的应力状态分析,所设计的加固方案可以有效地改善该桥梁主拉应力不足的受力状态,有效提高桥梁结构的承载能力。     

公路桥梁加固方法及实例〔3〕

四、用外部预应力加固桥梁用外部预应力加固桥梁可分为用预应力拉杆加固梁桥上部结构与用纵向或横向钢拉杆加固拱桥或桥梁墩台、基础两类。 (一)用预应力拉杆加固梁桥上部结构在梁的受拉区设置预应力拉杆,拉杆在靠近梁端处折向梁端并锚固于梁端,通过横向收紧拉杆(例37、38)或用张拉设备(千斤顶、紧固螺栓或电热法)张拉(例39至44),对拉杠施加预应力,拉杆的偏心压力传至梁体,使梁由受弯构件转换为偏心受压构件,跨中上拱、挠度减小,从而达到提高承载能     

体外预应力加固RC梁受力性能试验

为了确定合适的张拉控制应力和束高,为体外预应力加固提供合理的参数,制作了7根缩尺试验梁,分别开展了不同张拉控制应力和束高下的体外预应力加固RC梁受力性能、破坏模态和极限承载力的试验研究,测试了荷载、挠度、应变、裂缝的发生以及发展状况等。同时,依据承载力理论计算得到各试验梁的理论承载力,利用ANSYS软件将试验值与计算值进行对比分析。研究结果表明:被加固梁破坏模态与未加固梁类似,均呈现显著的塑性破坏特征,二者破坏前有明显的裂缝发生、发展过程,但持续时间较未加固梁大大增加;增大束高有利于提高梁的承载能力,但束高增大到一定程度后,由于挠度增加导致钢束对梁体二次效应显著,梁体承载能力的增大效应显著削弱;张拉控制应力越大,被加固梁开裂荷载与极限荷载越大,钢绞线应力增量越小,较大的张拉控制应力有利于充分发挥体外预应力加固效应,但当张拉控制应力小到一定程度时,改变张拉控制应力大小对被加固梁承载力几乎无影响;相比于变化张拉控制应力,束高的改变对梁体受力性能的影响更加显著;体外预应力加固在提高原梁承载能力的同时,显著改善了其延性,破坏时梁体塑性发展更加充分。