结合面底部带门式钢筋的铰接空心板破坏模式分析

以在空心板与铰缝构造结合面底部布设门式钢筋的深铰缝构造为研究对象,参照2007年交通运输部颁布的装配式空心板桥标准图,设计了一跨8m足尺模型,通过试验和非线性有限元法分析了车辆荷载作用下铰接空心板破坏类型、破坏位置与开裂荷载等破坏模式。分析结果表明:试验验证了铰接空心板非线性有限元模型能较好地模拟铰接空心板在车辆荷载作用下的受力性能;在空心板与铰缝结合面的三个方向的黏结滑移关系中,应以竖向相对滑移量作为结合面黏结破坏失效的指标;在车辆荷载作用下,空心板与铰缝结合面是最薄弱的受力部位,当荷载达到69kN(0.99倍车辆荷载)时,空心板与铰缝结合面底部开裂,但当荷载达到85kN(1.21倍车辆荷载)时,空心板跨中截面底部才出现横向裂缝;与在结合面底部不设门式钢筋的空心板相比,在结合面底部设置门式钢筋后虽不能明显提高铰缝构造的开裂荷载,但可以将铰缝通缝荷载从140kN(2.00倍车辆荷载)提高至199kN(2.84倍车辆荷载),且不出现贯通的纵桥向裂缝。     

结合面底部设开孔钢板的铰接空心板力学性能

针对现有铰接空心板桥的薄弱部位——铰缝,提出一种在空心板与铰缝结合面底部设开孔钢板的空心板构造,通过开孔钢板改变结合面裂缝开展的路径,达到延缓空心板与铰缝结合面通缝形成的目的,并进行了8m跨径的铰接空心板足尺模型试验。在试验和非线性有限元分析的基础上,与结合面底部带钢筋的铰接空心板试验进行了对比。分析结果表明:当试验荷载为100kN(1.43倍车辆荷载)时,空心板跨中出现横向裂缝,空心板梁整体刚度降低,空心板受力状态由弹性阶段进入弹塑性阶段;在试验荷载加至300kN(4.29倍车辆荷载)为止的整个加载过程,未观察到空心板与铰缝结合面底部出现裂缝;当结合面底部设门式钢筋时,裂缝沿结合面从下向上扩展,最终形成通缝,然而,当结合面底部设开孔钢板后,铰缝沿结合面开裂至开孔钢板下方后,裂缝的扩展需要绕过开孔钢板,使得开孔钢板下方铰缝混凝土开裂后,再沿开孔钢板上方结合面向上扩展,形成通缝;铰缝开裂荷载由结合面设置钢筋的69kN(0.99倍车辆荷载)提高到314kN(4.49倍车辆荷载),提高了3.50倍;铰缝形成通缝时的荷载由结合面设置钢筋的199kN(2.84倍车辆荷载)提高到489kN(6.99倍车辆荷载),提高了4.51倍。可见,在结合面底部设开孔钢板后,铰缝裂缝开展路径发生变化,延缓了空心板与铰缝结合面的开裂。     

采用横向预应力的装配式空心板桥受力性能与设计计算方法

为了提高铰缝结合面的开裂荷载和破坏荷载，解决空心板桥横桥向受力问题，研究了采用横向预应力的装配式空心板桥的受力性能，采用局部模型试验的方法分析了铰缝结合面受力机理，采用足尺模型试验的方法研究了空心板桥整体受力性能，并基于铰缝结合面受力机理，确定了横向预应力的上、下限，进而提出了横向预应力设计计算公式。试验结果表明:采用横向预应力结合面的法向和切向黏结强度分别为1.40~1.45和0.50~0.62 MPa，较未采用横向预应力分别提高了8.1%~12.5%和12.4%~38.3%，而且提高横向预应力可以提高结合面的法向和切向黏结强度；采用横向预应力的空心板桥足尺试验模型的破坏模式表现为空心板的开裂破坏，试验过程中未出现铰缝开裂现象；横向预应力的施加可以提高空心板之间的横桥向联系，避免结构由于铰缝结合面损伤而丧失横向传递荷载的能力并导致结构破坏，提高空心板桥的极限荷载；提出的横向预应力设计计算公式可以较好地计算空心板桥横向预应力的设计值。      

支座脱空病害对空心板主梁及铰缝的受力影响分析

为了得到支座脱空对空心板主梁及铰缝受力的影响,以交通部2008版13m空心板桥为基础,建立了三维实体有限元分析模型,进行了空心板铰缝在自重、二期恒载及车辆荷载作用下不同支座脱空工况的受力性能分析。研究结果表明,支座脱空会造成部分空心板主梁及铰缝的横向正应力和竖向剪应力增大,使得空心板和铰缝处于不利的受力状态,从而产生横向受弯和受剪破坏,导致单板受力情况的发生;当相邻多个支座发生脱空时,对空心板桥的不利影响会更大,使得空心板和铰缝的应力超过强度限值而开裂破坏。     

装配式板梁铰缝加固效果的数值分析

根据装配式空心板铰缝的受力特点,对各种板梁铰缝加固方案的加固效果进行数值分析。采用有限元软件ANSYS建立空心板梁桥实体模型,模拟板梁桥在车道荷载作用下的受力状态,研究板梁加固前后空心板桥主要力学性能的变化规律,比较各种铰缝加固方式的力学效果。由分析结果可知,各种加固方案均能在不同程度上恢复和提高板梁的横向刚度,在板梁底缘粘贴钢板最能改善铰缝的受力性能,但施工方便性不够;在板梁上缘粘贴钢板的方案加固效果最不理想;而在顶板粘贴槽钢及顶板混凝土与部分桥面铺装混凝土联合受力效果较好。     

装配式混凝土空心板铰缝病害分析

针对装配式混凝土空心板桥梁出现的铰缝纵向开裂的典型病害,以混凝土空心板桥铰缝的受力机理为基础,从设计、施工、运营管理等方面对铰缝病害产生的原因进行了分析,并给出了相应的对策,可供参考.     

空心板桥铰缝失效对荷载横向分布影响分析

为了研究空心板桥铰缝失效对荷载横向分布的影响,推导了空心板桥整体受力及铰缝失效的典型力学模型,阐明了铰缝失效时荷载横向重分布的一般规律,并采用ANSYS有限元分析了不同损伤位置和损伤程度铰缝对上部结构荷载横向分布及其效应的影响。结果表明,铰缝失效改变了空心板桥上部结构的整体受力性能,损伤程度越大,上部结构组合板或单板效应越明显;失效铰缝相邻空心板荷载横向分布系数相对变化较大,最大为1.44和0.6倍;由于失效铰缝一侧空心板承担荷载比例增大,另一侧减小,导致相邻空心板挠度差异较大而产生错位、内力状态差别明显,建议加强偏载侧空心板应力监测。     

铰缝对宽幅空心板梁桥空间受力行为的影响

宽幅空心板铰缝失效后,此时只有桥面铺装层参与宽幅空心板间力的传递。而现行桥梁设计规范中均偏安全地不考虑铺装层刚度的影响。基于此,采用有限元分析方法建立了有、无铰缝的空心板梁桥计算模型,分析了荷载作用下两种模型的荷载横向分布以及整体结构的受力性能。结果表明:在弹性阶段(不考虑桥面铺装层开裂)有铰缝在一定程度上能够改善空心板的整体受力状态;铰缝构造能够显著地减小桥面铺装层下缘的横向拉应力。     

基于RPC空心板桥铰缝受力性能分析

为了验证RPC(活性粉末混凝土)用作铰缝材料的可行性及探究铺装层厚度和行车荷载对空心板桥铰缝影响规律,设计了高抗拉强度的RPC配合比并进行了基本力学性能测试,建立了空心板桥有限元分析模型并进行验证,然后开展可行性分析和参数分析。试验及分析结果表明,配制的RPC具有高抗拉强度,车辆荷载作用下,铰缝最大主拉应力为C40混凝土抗拉强度设计值的55%,仅为RPC抗拉强度的12.7%;铺装层厚度能改善铰缝受力,其中铰缝竖向剪应力随厚度增加减小最为显著;采用RPC铰缝和控制车辆超载能有效减轻铰缝损伤。     

横向连接失效对空心板桥受力影响

针对空心板桥的横向连接失效对空心板桥受力性能的影响进行深入的分析。利用动载试验针对桥梁横向联系加固后、横向连接钢板失效、铰缝混凝土与横向连接钢板失效三个工况进行有限元计算与现场数据实测,对比分析竖向挠度曲线。结论是空心板横向连接处板间受力复杂,传统的横向铰接板(梁)理论不能很好的模拟现场空心板横向连接间受力情况,未能突出模拟空心板的"单板受力"情况;空心板加固后,横向钢板失效与压力注胶失效对桥梁的承载力有一定幅度的降低,同时使桥梁的整体受力性能得到大幅度降低。     

装配式空心板桥改进型铰缝结合面受力性能

为了改进装配式空心板桥横向受力性能，设计了在铰缝结合面上利用连续钢板代替间断钢筋和改进铰缝结构与填充材料的2种铰缝改进措施，采用局部模型试验计算了铰缝结合面的法向和切向强度，提出了采用间断钢筋和连续钢板的铰缝结合面抗弯、抗剪承载能力计算公式。研究结果表明:局部模型试验值与公式计算值的误差不超过10%，表明所提出的抗弯、抗剪承载能力计算公式可以准确地计算采用连续钢板的铰缝结合面承载能力；未采用结合面钢筋的深铰缝，结合面法向强度为1.29 MPa，为弱侧混凝土轴心抗拉强度的39%，结合面切向强度为0.45 MPa，为弱侧混凝土轴心抗压强度的1.5%；采用间断钢筋和连续钢板的铰缝结合面法向强度较未采用结合面钢筋的铰缝分别提高了98%和73%，结合面切向强度分别提高了71%和78%；普通混凝土浅铰缝结合面法向强度为1.30 MPa，为弱侧混凝土轴心抗拉强度的40%，结合面切向强度为0.33 MPa，为弱侧混凝土轴心抗压强度的1.1%；采用UHPC填充深、浅铰缝的结合面法向强度较普通混凝土填充深、浅铰缝分别提高了13%和21%，结合面切向强度分别提高了64%和94%。      

基于瞬态动力分析的装配式板桥铰缝损伤识别

根据铰缝在装配式板桥传递荷载的作用,通过数值计算方法模拟了装配式板桥在铰缝损伤后的瞬态动力学响应,比较分析了不同损伤程度、不同动荷载加载位置下各板跨中加速度幅值,提出利用多次冲击实验下各板加速度幅值比之差值作为铰缝损伤的评定依据的识别方法,并分析了这种方法的可行性。     

PC连续刚构桥运营阶段箱梁开裂机理及预防措施

从温度应力、车辆荷载、砼容许主拉应力、砼疲劳、预应力损失等方面,对PC连续刚构桥在运营阶段出现的腹板斜裂缝进行了具体分析,结论是:容许主拉应力偏大、温度梯度选择不当、温度荷载及车辆荷载共同作用下的砼疲劳效应是箱梁腹板斜裂缝产生的主要原因;提出了预防开裂的措施:设计时选择适当的温度梯度;用防锈涂料对钢绞线进行防锈处理以防止因孔洞渗水对钢绞线产生的锈蚀;在各跨箱梁腹板的1/4L~3/4L之间的砼用钢纤维砼浇筑.     

体外预应力高强混凝土两跨连续梁模型试验

为研究预应力和混凝土材料对高强度混凝土体外预应力连续梁的力学行为的影响，设计并完成了4片体外预应力高强度混凝土连续梁模型的静载试验，试验结果表明；体外预应力连续梁的裂缝分布和发展规律与无粘结预应力梁相似，采用钢纤维提高负弯矩区的开裂载荷是有效的，而且利用钢纤维增强可在一定程度上限制裂缝发展并在卸载后使裂缝闭合，普通钢筋对分散裂缝和限制裂缝发展有利。     

连续道床板裂纹计算方法及影响因素

为研究双块式无砟轨道连续配筋道床板裂纹扩展的机理,基于钢筋混凝土粘结-滑移理论,建立了适用于连续配筋混凝土道床板裂纹扩展的计算模型.依据该模型计算了道床板裂纹宽度和间距,分析了道床板配筋率、纵向钢筋直径和混凝土强度对裂纹宽度、间距及钢筋应力的影响.分析结果表明:钢筋直径和配筋率直接影响裂纹间距,裂纹间距随钢筋直径增大而增大,随配筋率增大而减小;混凝土抗拉强度、配筋率和钢筋直径是裂纹宽度的主要影响因素,裂纹宽度随混凝土强度和钢筋直径增大而增大,随配筋率增大而减小;裂纹截面处纵筋应力不应超过其抗拉强度,配筋率和混凝土抗拉强度是决定钢筋应力大小的关键因素.     

钢管混凝土拱桥拱脚裂缝成因分析及防治措施

结合施工实践,对较低温季节施工拱脚裂缝原因进行了分析和计算。结果表明混凝土养护不当、早期水化热过大和上部配筋不足是拱脚裂缝形成的主要原因;提出了防治裂缝的措施和拱脚下部振捣密实的方法,为类似工程的设计与施工提供借鉴。     

连续道床板拉伸开裂模型试验研究

为验证连续式无砟轨道温度裂缝型式和温度力荷载取值方法的正确性,针对目前高速铁路上普遍采用的连续道床板及底座板结构,考虑混凝土标号、配筋率及钢筋直径等影响连续无砟轨道设计的关键因素,设计了450 mm×80 mm×80 mm、中心配置直径10 mm带肋钢筋的混凝土构件,利用万能试验机进行张拉,模拟了连续道床板降温时的裂缝开展过程,测试了构件开裂前后的轴力及应力重分布情况.测试结果表明,张拉过程中,裂缝呈现出不稳定和稳定两种状态;裂缝出现后,钢筋与混凝土应力分布不均匀,裂缝位置处的钢筋应力增加至300 MPa以上;构件在全断面开裂后轴力会突然降低,开裂前后瞬间的轴力超过或达到了混凝土开裂轴力.对于采用C40混凝土的连续道床板,为保证结构的安全使用,应配置0.9%以上的钢筋使之满足强度要求,并将裂缝控制为不稳定裂缝状态,作为设计荷载之一的最大温度力荷载建议采用开裂后的轴力进行计算.      

预应力混凝土空心板施工裂缝的分析及控制

预应力混凝土空心板是桥梁工程目前经常采用的结构形式,具有设计简便、施工方便快捷、易于工厂化生产的特点.但由于混凝土自身和空心板施工过程中的一些特点,经常会产生各种各样的裂缝,严重的影响了空心板的使用和寿命.通过对空心板裂缝原因的分析,提出了相应的解决方法,为空心板的设计、施工提供可借鉴的经验.     

冲击碾压动荷载下水泥混凝土路面结构的力学行为

为了揭示冲击碾压动荷载下水泥混凝土路面结构的力学行为,基于动力三维有限元分析方法,考虑材料的弹塑性,拟定纵横板边、板中及板角4种典型荷载位置,在四楞冲击压路机冲击碾压水泥混凝土路面时,分析了路面各层结构的受力和变形特征。研究发现,各工况下混凝土板底部承受纵、横向弯拉应力是旧面板破裂的主要原因,基层与旧面板一起处于双向弯拉状态,土基三向受压,不同工况存在不同的有效影响深度。冲击碾压板角时,路面板竖向位移最大,影响深度最深;而冲击板中位置时,板竖向位移最小,分布最均匀,此时板体以纵向弯拉为主,易形成横向裂缝;当冲击纵向板边时,板体以横向弯拉为主,易形成纵向裂缝。可见,路面破碎效果是地基刚度、冲击能量与冲击位置的综合函数,建议基于具体路况选择相应的施工方案。