预应力型钢混凝土梁静载及疲劳试验研究

为了探究疲劳荷载对预应力型钢混凝土梁服役性能的影响,设计了2根预应力型钢混凝土梁,分别对其进行静载破坏试验以及实桥等效应力水平下疲劳200万次后的静载破坏试验。通过测试型钢截面应变、梁体变形等分析了疲劳荷载作用对梁体刚度、裂缝发展的影响。研究结果表明:预应力型钢混凝土梁的破坏由正常使用极限状态条件控制;疲劳作用后裂缝发展速度加快,裂缝宽度明显增大,用裂缝宽度作控制指标则疲劳作用使梁的承载力降低了33%。     

混凝土空心板梁底板纵向裂缝对结构受力的影响分析

结合预应力混凝土简支空心板梁底板纵向开裂后桥梁静载试验的结果,采用空间实体有限元法和等代刚度法就纵向裂缝出现对梁体刚度的削弱进行了讨论,进而就其对主梁荷载横向分布的影响进行了分析.     

不同掺量高性能粉煤灰混凝土铁路桥梁试验研究

以9组不同掺量高性能粉煤灰混凝土无粘结预应力模型梁的使用荷载试验和抗弯承载力试验为基础,研究高性能粉煤灰混凝土梁在重复荷载作用下的受力行为。研究结果表明:掺量为20%~40%的高性能粉煤灰混凝土梁在使用荷载作用下,200万次疲劳加载后,梁体仍处于弹性阶段,疲劳加载对位移影响很小;梁的基频在200万次疲劳加载范围以内基本保持不变,表明梁体的刚度基本不变;相同强度高性能粉煤灰混凝土模型梁的开裂荷载和极限荷载均随高性能粉煤灰掺量(20%~40%)的增加有所提高;掺加高性能粉煤灰能显著减小混凝土梁裂缝的间距、宽度、高度,抑制裂缝的扩展,对提高梁体的耐久性有重要意义。因此,掺高性能粉煤灰20%~40%的混凝土用于32 m铁路预应力简支梁是可行的。高性能粉煤灰混凝土梁的抗弯承载力按TB10002.3—99规范计算,具有足够的精度。     

预应力混凝土槽形梁静力行为研究

为了解槽形梁静力行为,进行了一片预制预应力混凝土槽形梁的模型试验,分别考虑跨中最大弯矩及梁端最大剪力两种荷载工况对试验模型进行加载,测试了试验模型的控制断面的应力、变形.并采用非线性有限元分析方法对槽形梁的力学特性进行了研究.试验和研究得到了如下结论:该槽形梁的剪力滞效应较为突出,具有明显的开口薄壁杆件特征,底板的空间板效应明显,在设计荷载作用下结构处于线弹性状态,具有一定的安全储备.     

轨道交通U形梁横向预应力的设计研究

国内已建轨道交通U形梁底板横向均为允许开裂的普通钢筋混凝土结构。为避免底板出现裂缝,提高结构刚度和耐久性,进行U形梁横向预应力的应用研究。针对U形梁为开口薄壁结构、腹板和底板平滑过渡的构造特点,横向预应力采用管道尺寸小的扁锚后张法有黏接预应力,沿两侧腹板和底板呈环向布置。利用空间三维实体有限元模型对轨道梁进行应力分析,计算表明,对于B型列车荷载,当横向预应力筋规格为BM15-2、纵向按1 m的间距布置时,底板应力分布均匀,并满足允许混凝土出现拉应力但不允许开裂的受力要求。横向预应力筋构造布置避开纵向预应力筋、声屏障预埋件等。后张法横向预应力施工不增加张拉台座的施工时间,不影响工期。采用单端张拉、相邻钢束交错张拉的方式,可减少张拉工作量。该U形梁已应用于宁波机场路南延工程,并完成设计、施工。     

体外预应力加固铁路盖板涵应力增量分析

构建了顶板底部直线布置体外预应力筋加固盖板涵的计算模型,利用盖板涵加载变形前后的几何关系,探讨体外预应力筋应力增量与梁体挠度及混凝土压应变的关系,推导出了铁路运营阶段体外预应力加固盖板涵体外筋应力增量的表达式。可用该式计算在三分点荷载、均布荷载和集中荷载作用下用跨中挠度及混凝土压应变表达的体外筋应力增量。通过室内试验和相关文献验证了本文表达式的正确性,可为体外预应力加固盖板涵结构设计提供指导。     

侧向撞击作用下U形梁抗倾覆稳定性与失效模式

在对国内外相关规范关于桥梁抗倾覆稳定性计算方法与脱轨荷载调查分析的基础上,计算了U形梁在保持抗倾覆稳定性下的最大侧向碰撞荷载,对比了欧洲规范EN 1991-1-7:2006和TB 10002-2017《铁路桥涵设计规范》中U形梁的抗倾覆稳定性计算式。基于有限元分析方法对腹板侧向承载力进行仿真分析,明确了U形梁在侧向撞击作用下的失效模式。研究结果表明:2种规范计算得到的最大侧向碰撞荷载有所差异,但均大于3.5 MN;列车脱轨情况下的脱轨荷载模式和作用位置对U形梁抗倾覆稳定性的影响显著;U形梁跨中区域加载侧的底板和腹板在侧向位移加载模式下发生了大面积塑性损伤,腹板还发生了明显的侧向变形;U形梁在侧向撞击作用下的失效模式表现为腹板侧向承载力达到极限而发生破坏,通过拟静力分析确定U形梁腹板侧向极限承载力为1.5 MN,结构整体不会倾覆失稳。在设计和使用阶段应对U形梁腹板的损伤和承载力评估予以重点关注。     

高铁槽形梁斜拉桥塔梁固接结构试验研究及数值分析

以沪昆高铁某独塔斜拉桥为研究对象,模型试验与数值模拟相结合,研究槽形截面斜拉桥的塔梁固接结构模型的试验方法、受力状态、极限承载能力以及传力机理等。研究表明:运营阶段荷载作用下,斜拉桥塔梁固接区的应力水平较低,纵向和竖向正应力在6.5 MPa以内,塔梁结合部具有较强的安全储备;在梁体抗弯强度极限荷载下,靠近固接区主跨侧槽形梁断面最先破坏,固接区截面抗弯强度大于主梁断面;槽形截面边箱梁和桥面板传力特征在主梁和塔梁固接区基本一致,边箱梁为主要受力构件;较之于塔梁固接区,主梁内的桥面板剪力滞效应更为明显。     

外粘AFRP布加固RC梁冲击试验分析

通过单调静力和重锤冲击两种加载方式,分别对未加固梁和外粘AFRP布加固梁的性能进行试验研究,分析冲击加载时混凝土梁的破坏过程及外粘AFRP布的应变曲线。比较不同冲击高度下梁体的损伤形态和裂缝分布规律,从而得出冲击高度与梁体最终破坏形态的相关性。试验表明:在静力加载条件下,未加固梁是因钢筋屈服而破坏,加固梁是因外粘AFRP布剥离而破坏;在重锤冲击加载条件下,未加固梁是因梁体出现冲击损伤时钢筋屈服而破坏,加固梁是因梁体出现冲击损伤时外粘AFRP布可能发生端部剥离或跨中断裂而破坏。     

跨座式单轨交通PC轨道梁静载及疲劳试验研究

在重庆市跨座式单轨交通系统PC轨道梁的静载及疲劳试验中,研究了混凝土应力、挠度、刚度以及梁体基频、阻尼系数等与疲劳循环次数的关系.静载试验结果表明,梁体抗裂性、有效预应力及强度安全系数均能满足设计要求.疲劳试验表明,受压区混凝土应力幅较低,一般不会发生疲劳破坏.梁体基频等动力特性随疲劳次数增加有所降低,但在100万次疲劳加载后趋于稳定.     

重庆市跨座式单轨交通系统PC轨道梁疲劳试验研究

通过跨座式单轨交通PC轨道梁正截面弯曲及梁端剪切疲劳试验,研究混凝土应力、跨中挠度、刚度降低系数以及梁体基频、阻尼系数等动力特性与疲劳循环次数的关系。研究表明,梁体结构在经历300万次双向弯曲和剪切疲劳加载作用后,结构应力、位移重复性良好,梁体具有较好的耐疲劳性能;最大疲劳荷载等级作用下受压区混凝土应力幅较低,一般不会发生疲劳破坏,荷载重复300万次后梁体刚度有一定退化趋势;梁体基频、阻尼系数等动力特性随疲劳加载次数增加均有所降低,但在100万次疲劳加载后基本趋于稳定。     

铁路先简支后连续梁疲劳性能与抗裂性能试验研究

研究带有湿接缝的先简支后连续梁桥结构的疲劳性能和抗裂性能,对3条模型梁的疲劳试验和抗裂试验进行了研究。介绍了铁路预应力混凝土先简支后连续梁模型梁的设计和试验方法,根据3条模型梁疲劳试验结果,分析了在正常使用状态下结构刚度、各典型截面特别是湿接缝段混凝土、普通钢筋和预应力钢筋应变随疲劳加栽次数的变化规律,指出重复加裁明显降低了梁体刚度,并使梁体混凝土、普通钢筋和预应力钢筋应变增大。根据开裂试验结果,分析了重复加载对各关键断面特别是湿接缝断面抗裂性的影响,得出重复荷载降低了湿接缝的抗裂强度,而对跨中截面和中支点截面抗裂强度无明显影响。给出了关于铁路预应力混凝土先简支后连续梁疲劳性能和湿接缝抗裂性的一些结论和建议。     

轨道交通(30+40+40+30)m双线连续U梁状态评估及病害处治研究

青岛轨道交通(30+40+40+30) m双线连续U梁在开通前的检查中发现梁体出现开裂、掉块等病害。通过外观检查、无损检测和荷载试验的方式对桥梁状态进行了评估。梁体纵向总体承载能力满足1.2倍设计活载的要求,主要存在的问题是底板横向承载能力下降,耐久性降低。建议采用加厚底板的方式对底板承载能力进行补强,采用在梁体底板粘贴钢板和碳纤维的方式限制底板混凝土开裂和掉块的发生,改善结构的耐久性。     

铁路超细粉煤灰预应力混凝土梁疲劳性能试验

通过9组32m铁路预应力混凝土标准梁的缩尺模型,对掺用超细粉煤灰的预应力混凝土梁在重复荷载作用下的力学性能进行研究,探讨粉煤灰掺量,混凝土等级以及养护条件等因素对铁路桥梁粉煤灰预应力混凝土梁力学性能的影响.试验结果表明:经200万次重复加载后,模型梁静力及动力特性与加载前相比基本不变,超细粉煤灰的合理掺用对梁体疲劳性能没有不利影响,为铁路桥梁粉煤灰预应力混凝土设计参数的选取及应用提供技术支持.     

高烈度区高速铁路大跨度梁拱组合桥设计

徐宿淮盐铁路徐洪河特大桥采用(100+200+100) m梁-拱组合结构桥式方案,以小角度、低净空跨越通航河道。主梁为预应力混凝土连续箱梁,拱肋设计为哑铃形钢管混凝土截面,吊杆采用平行钢丝束并锚于箱梁外侧。为解决大跨度连续梁-拱桥徐变上拱大的技术难点,通过适当加大梁体竖向刚度、优化预应力钢束布置、选择合理的混凝土加载龄期等一系列措施,将主梁最大徐变变形控制在20 mm以内。另外,桥址区地震动峰值加速度为0.34g,采用双曲面摩擦摆支座进行减隔震设计,以延长结构周期,达到有效削弱地震力作用的目的。     

上跨津山铁路PC槽形梁的力学特性分析

研究目的:采用平面计算和空间分析相结合的方法,研究PC槽形梁在上部竖向荷载作用下的梁体应力、结构变形和自振特性等力学性能,分析有无端横梁对梁体受力的影响,从而为32 m客货共线铁路PC简支槽形梁的设计提供理论指导和科学依据。研究结论:(1)竖向荷载作用下主梁腹板向槽口内侧倾斜,弯曲扭转共同作用使主梁上缘应力分布不均;(2)最不利荷载作用下梁跨中下缘纵向正应力在横桥向大致呈U形分布;(3)上部竖向荷载逐渐增大时,主梁的横向位移越来越大,槽口逐渐减小,梁端部的横向位移略大于跨中的;(4)端横梁有效改善了梁端道床板的受力,但对跨中道床板的影响甚微;(5)梁体振动表现为主梁、道床板相互作用共同参与振动,与简支板梁有所区别;(6)本研究成果可为类似PC槽形梁的结构设计提供参考。     

清水河大桥桥型方案的选定与设计

介绍了南昆线清水河大桥的桥址概况、桥型方案的选定过程及总体设计中的主要问题，主梁结构及梁体的三向预应力体系的设计，并对铁路预应力混凝土连续则构桥设计作了探讨。     

30t轴重重载货车作用下常用跨度预应力混凝土简支梁动力响应的试验分析

对朔黄铁路线上7座常用跨度预应力混凝土简支梁桥,在30 t轴重重载货车作用下梁体的动力响应进行了实测,取得了大量数据。通过分析得到以下结论:实测梁体动力响应均在通常值范围内,满足安全限值要求;实测梁体挠度、应变与大轴重列车加载效应直接相关,实测值与轴重等级呈线性增长趋势,而梁体竖、横向振幅及加速度与列车轴重关系不明显;实测结果验证部分和理论分析成果为大轴重重载技术研究提供了数据支持,试验数据的处理方法可为类似试验提供参考。     

疲劳荷载后重载铁路桥梁剩余静载承载力试验研究

基于应变和振幅的疲劳试验实时测试系统,通过10片1/6缩尺模型梁疲劳试验,研究重载铁路桥梁疲劳后静载破坏形态以及振幅、刚度、非预应力筋和预应力筋应变、混凝土应变随反复荷载次数的变化规律。研究表明:重载铁路32m预应力混凝土梁疲劳后剩余静载承载力演变呈现"Z"字形三折线的3个阶段,即基本不变阶段、直线下降阶段和压弯失稳破坏阶段。第一阶段,疲劳后试件静载破坏形态与普通静载破坏形态相同,试件静载承载力基本保持不变;第二阶段,试件静载承载力直线下降,直至压弯失稳破坏,最终梁的剩余静载承载力降至原有承载力的50%~60%,主要由预应力筋提供。与普通静载破坏试验相比,疲劳后静载破坏试验不同的地方主要表现在混凝土、梁底普通钢筋和预应力筋等材料的应力-应变本构关系上,受压区混凝土残余应变不断增加,变形模量降低了20%~30%,普通钢筋和预应力筋残余应变也明显增加,但弹性模量和屈服强度(预应力筋极限强度)基本不变。     

外部粘贴预应力碳纤维板技术加固桥梁结构的工程应用与评估

采用外部粘贴预应力碳纤维板技术对金刚桥进行加固。金刚桥是一座已使用40多年的钢筋混凝土简支T形梁桥,开裂严重,抗弯刚度退化,在汽车荷载作用下梁体挠曲变形明显,需要进行加固并提高其通行荷载。根据正截面承载力验算结果,确定在主梁底部和梁肋两侧尽可能接近底部的位置粘贴预应力碳纤维板进行加固,以提高抗弯强度。加固过程中采用结构基座式的预应力张拉设备对碳纤维板施加1 000 MPa的初始应力,并在桥梁支座处通过永久性锚具设置了可靠的锚固。加固完成后采用标准荷载对桥梁进行荷载试验。试验结果表明:应用预应力碳纤维板加固技术,桥梁结构承载力满足加固设计荷载要求,且挠曲变形显著减小,桥梁结构的内力分布得到明显改善。