腹板斜裂缝对重载铁路32 m跨度预应力混凝土T梁受力影响仿真分析

针对出现腹板斜裂缝的重载铁路32 m预应力混凝土简支T梁(图号:专桥2040),分别假定4种不同斜向开裂状态并建立实体有限元模型,对运营荷载作用下在距梁端4～8m的(斜裂缝纵向分布区域)腹板混凝土主拉应力、预应力钢束和箍筋应力,以及跨中挠度进行计算分析.结果表明:腹板斜裂缝对梁体受力影响显著,与完好梁体相比,预设斜裂缝...     

连续刚构桥施工过程中腹板裂缝检测与研究

研究目的:针对某大跨预应力混凝土连续刚构桥在施工过程中腹板开裂的问题,对该桥主桥腹板所有裂缝进行全面检查,完成可查裂缝宽度、深度的检测。通过归纳总结裂缝的分布特征,利用有限元分析软件ANSYS建立开裂混凝土节段的空间模型,结合腹板开裂相关理论,分析腹板开裂的原因,探究裂缝分布规律。研究结论:(1)腹板两侧的裂缝基本对称于箱梁纵轴线,较多出现在腹板内侧,与腹板下弯束的布置位置、方向符合程度较高;(2)有限元分析结果表明,腹板下弯束及其锚固点周围的部分区域主拉应力超过混凝土抗拉强度设计值,且该区域基本沿预应力束分布;(3)该腹板裂缝属于主拉应力裂缝,过大拉应力主要来源于预应力束径向力、箱梁空间效应产生的次拉力以及锚固应力扰动区的横向拉应力;(4)设计者应重视箱梁横向应力和空间效应,必要时对复杂受力区域进行精细的局部分析,以保证主拉应力不超过限值;(5)本研究成果可为预应力混凝土连续刚构桥的相关设计及施工提供参考借鉴。     

预应力混凝土T梁裂缝成因分析与处理

石长铁路沅水特大桥随使用年限的增长,多孔32 m预应力钢筋混凝土T梁出现不同型态的裂缝。通过施工温度、混凝土强度、力学等方面对裂缝进行成因分析,研究结果表明:沿预应力管道方向纵向裂缝的主要原因是管道的曲率半径减小14%或预应力超张拉超过14%,使预应力管道处混凝土所受的拉应力超过混凝土的标准抗拉强度,导致产生纵向裂缝;梁端竖斜向裂缝是因上、下侧预应力钢束预张力不同,引起支座上端T梁上翼缘底部处弯矩的不平衡,其差值超过混凝土的极限轴心拉应力,导致裂缝产生,为以后的桥梁加固提供重要的技术支持。     

开裂预应力混凝土梁的检测、评估和加固

应用钢筋混凝土基本理论,分析预应力混凝土结构开裂的力学成因。以3座典型有裂缝预应力混凝土桥梁为例,论述检测、评估和加固方法。从梁体跨中挠度和支点转角的大小及影响线、结构变形的协同性判断裂缝对结构整体受力状态的影响。从开裂截面的应变分布、实测应变与加载弯矩关系、应变值大小以及截面中性轴的稳定性综合判断开裂截面的工作状态和承载能力。当评定结果为梁体的预应力度满足要求时,对主要起受压作用的混凝土开裂区采用高标号钢筋混凝土在梁肋两侧增加断面的方法予以加固,对其他混凝土开裂区采用灌缝处理,对受拉区,可在局部加贴钢板加固。当评定结果为梁体的预应力度严重不足时,先对裂缝进行灌缝处理,然后采用在受拉区表面大面积粘贴10 mm钢板加固。     

弯剪开裂后预应力混凝土梁承载能力试验研究

某预应力混凝土简支箱梁桥在L/4跨径处梁体腹板出现较多弯剪裂缝。本文基于荷载试验及理论分析的方法对该桥进行状态评估,对梁体腹板裂缝形态、数量及分布规律进行了统计分析;通过静载试验测试跨中正截面承载能力和斜截面开裂处钢筋应力,通过动载试验测试梁体腹板开裂后结构刚度,对开裂梁体的正截面及斜截面承载能力进行评估,并结合理论计算分析腹板斜截面裂缝产生的原因。研究表明:对于预应力混凝土简支箱梁桥,在结构的正截面承载能力及结构刚度尚能满足设计要求的情况下,不能排除斜截面承载能力不足,需要引起重视。     

铁路新型标准混凝土箱梁预应力锚固区力学行为精细化研究

标准混凝土箱梁在我国铁路建设中得到了广泛应用。铁路应用某新型标准混凝土箱梁,采用单排大吨位的预应力锚固形式,共计在梁端设置了17个预应力锚固区。相较于武广客专等应用的双排预应力钢束标准混凝土箱梁,其腹板预应力锚固区的局部应力分布及精细化力学行为值得进一步研究。通过建立新型标准混凝土箱梁空间有限元模型,考虑材料的非线性行为,对箱梁端部预应力锚固区的局部应力场及裂缝开展高精度计算分析。研究结果表明：预应力钢束张拉过程中锚固区混凝土最大主压应力位于N6(腹板最上部预应力钢束)的喇叭口边缘,为33.45 MPa;最大主压应力小于其抗压极限强度值,集中在喇叭口的环向范围内,整体呈现区域小、收敛快的分布形式;标准混凝土箱梁的主拉应力值随预应力钢束张拉不断增大,其中N3(腹板最下部预应力钢束)区域的主拉应力变化最为显著,张拉完成后,锚固区混凝土最大主拉应力达到了混凝土抗拉极限强度,主要分布于锚垫板四周,最大裂缝出现在N6锚垫板上边缘的两角处,裂缝宽度为0.088 mm。混凝土封锚可有效降低预应力锚固区的开裂风险,但在实际服役环境中仍应对此区域进行重点关注。     

钢筋混凝土T梁斜截面抗剪性能试验研究

重载铁路部分32 m预应力混凝土T梁腹板斜向开裂现象日渐突出。为了深入探究铁路典型T梁斜截面抗剪性能，设计制备了1片跨度5.0 m的钢筋混凝土模型梁，通过静载试验研究混凝土抗裂性能和斜截面开裂后梁体的力学性能。结果表明：不考虑塑性系数时纯弯段混凝土弯曲抗拉强度大于轴心抗拉强度，腹板斜截面混凝土抗拉强度与混凝土轴心抗拉强度接近；不考虑塑性影响的剪弯段混凝土弯曲抗拉强度略低于轴拉强度；模型梁斜截面开裂后，在外荷载作用下斜裂缝宽度变化沿梁高方向的分布无明显规律。当荷载达到剪压破坏抗剪承载力理论值时，箍筋屈服，梁体未发生剪压破坏。经过3次循环静载作用后，梁体纵筋未屈服，纯弯段上缘混凝土仍处于正常工作状态。     

预应力连续箱梁施工过程中腹板斜向裂缝产生原因及防治

针对本桥125 m预应力连续箱梁在施工过程中沿腹板下弯束出现斜向裂缝问题,现场采用应力应变测试技术及多种措施进行防治。通过应力分析发现,施工中腹板斜向裂缝产生原因为桥梁纵向腹板束张拉完毕后腹板局部主拉应力过大所造成的,同时提出施工中腹板斜向裂缝的防治措施。     

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。     

地铁高架槽形梁足尺模型破坏试验与空间分析研究

通过某城市地铁高架试验段槽形梁桥足尺模型破坏试验,测定结构的极限承载能力,研究其空间受力变形特性及破坏特征。试验结果表明,结构在正常使用和极限状态下的极限荷载分别为设计荷载的1.68和3.0倍,具有足够的安全系数。三维有限元数值计算结果表明,底板存在剪力滞后现象,越接近梁端愈明显。底板纵向剪应力最大值出现在梁端附近截面底板与腹板相交处,支座脱空效应对脱空支座位置的底板应力影响较大,设计中需对梁端进行局部加强处理。跨中截面腹板出现拉应力,最大可达0.91 MPa,设计中应考虑设置一定的竖向抗拉钢筋,防止裂缝产生。     

预制混凝土节段胶拼梁抗拉强度试验研究

铁路胶拼梁在抗裂性检算时，如不考虑接缝的抗拉强度，会导致梁体预应力较大，造成预应力材料的浪费。通过24 m胶拼梁的静载试验，进行胶接缝的抗拉强度研究，并以此试验梁为例，对梁体接缝和跨中截面的抗裂安全系数及预应力钢筋用量进行计算分析。结果表明：胶拼梁开裂的首条裂缝不是出现在接缝处，而是出现在跨中节段的钢筋混凝土区内；接缝处的裂缝出现在节段端面的素混凝土薄层内；接缝截面是胶拼梁抗裂性检算的控制截面，接缝处的抗拉强度可按0.6倍的混凝土极限抗拉强度计算，要满足抗裂安全系数1.25的要求，设计弯矩下接缝截面受拉边缘的压应力水平应高于1 MPa；考虑胶接缝的抗拉强度，可以降低梁体的预压应力水平和预应力钢筋用量；胶拼梁节段拼接面的处理程度对接缝抗拉强度的影响明显，界面处理得好，可以提高接缝的抗裂性能。     

侧贴预应力CFRP板加固混凝土梁抗弯性能的试验研究

采用自主研发的碳纤维增强(CFRP)片材锚具及张拉装置,对8根用CFRP板不同形式加固的钢筋混凝土梁模型试件进行抗弯性能试验,研究预应力碳纤维板侧面加固对被加固钢筋混凝土梁的承载能力、使用阶段变形和裂缝的影响,以及被加固钢筋混凝土梁使用阶段碳纤维板的应力分布和延性。试验结果表明:侧贴预应力碳纤维板加固可明显提高受弯构件开裂荷载及屈服荷载,减小构件使用阶段的变形及裂缝;两端可靠锚固能防止剥离破坏,充分利用材料强度,还能同时改善构件的延性性能。     

兰新二线风区槽形梁设计分析

结合兰新二线风区16 m槽形梁的设计,进行三维有限元结构分析。受高速铁路建筑界限的限制,本结构受压区宽度较小且两侧腹板应力分布不均匀,施工吊装时腹板上缘容易受拉破坏,运营阶段容易受压破坏;受线间距限制,活载偏向内侧,对宽度较小的内侧腹板更加不利。采用实体单元建立模型,通过桁架单元模拟预应力效应,分析ZK标准活载下槽形梁的空间特性,研究结论为:全桥纵向为全预应力结构,不适用杆系结构进行分析,道床板横向存在拉应力,最大值在支点下缘,应采取增加端横梁或配置受力筋措施,槽形梁竖向刚度满足设计规范要求,腹板限制了道床板的横向弯曲,减小了中线处的横向弯矩。     

两种不同环境下预应力混凝土梁疲劳破坏试验对比分析

以我国目前普通铁路既有线上32 m跨度全预应力混凝土简支T梁为工程背景,通过12片1/6预应力混凝土模型梁非腐蚀环境和腐蚀环境下疲劳试验,对预应力混凝土梁疲劳破坏形态进行研究,对其破坏机理进行分析,结果表明非腐蚀环境下,恒、活载跨中弯矩在0.45Mu时为配筋合适的预应力混凝土梁疲劳破坏时的临界荷载点(Mu为跨中静载极限弯矩,临界点以疲劳寿命为200万次进行定义),超过该临界点后,需要适时加固;腐蚀环境下,梁底普通钢筋锈蚀后(预应力筋不锈蚀),疲劳损伤程度随锈蚀率增大而增大,锈蚀率越大疲劳寿命越短;锈蚀率7%为腐蚀疲劳破坏的临界点(临界点以疲劳寿命为200万次进行定义),超过腐蚀临界点以后,需要对预应力混凝土梁进行加固。两种不同环境下预应力混凝土梁疲劳破坏试验对比分析结果表明,预应力混凝土梁中非预应力筋虽然对静载承载力贡献不大,但是对疲劳抗裂作用明显,设计中应保证非预应力钢筋配置充足,包括充足的细密的箍筋、侧面纵向补充钢筋和梁底纵向抗裂钢筋、锚下螺旋钢筋等非预应力筋,以便分散裂缝宽度,提高疲劳破坏时的延性。     

基于叶溪河大桥的配索方案对比研究

大跨预应力混凝土连续箱梁桥采用纵向直线预应力和竖向预应力相结合,取消下弯索,施工方便;但竖向预应力筋基本是粗短的螺纹钢筋,本身有效预应力很不可靠,主拉应力实际上不能完全抵消,腹板截面容易出现斜裂缝,影响结构的使用寿命。曲线预应力索较长,后期预应力损失较小;叶溪河大桥采用了主要依靠曲线预应力抵抗主拉应力和竖向预应力作为安全储备的配索方式,大桥从修建到竣工两年内没有出现斜裂缝,实测和分析表明其有效预应力可靠性高,在设计和施工中应加以推广。     

宣杭铁路埭溪桥钢板梁加固施工技术

针对铁路既有线下承式钢板梁纵横梁联接处普遍存在的纵梁腹板裂纹病害,结合宣杭铁路埭溪桥钢板梁加固工程,分析得出该处裂纹是由于设计构造细节上的缺陷以及局部应力集中等多种因素引起的疲劳裂纹。通过提高纵梁端部腹板的强度,在纵横梁联接部位栓接角钢的加固方案,改变纵梁的内力分布,改善纵梁的应力水平,提高钢桥的承载能力,并在此基础上,提出加固施工要点,可为同类病害桥梁加固设计与施工提供参考。     

非对称超大跨度单线连续刚构设计与研究

研究目的:以新建铁路兰州至重庆线广元至重庆段的重点控制性工程朝阳嘉陵江右线大桥为例,对非对称超大跨度单线连续刚构的结构形式、结构受力情况、施工方法等进行具体分析和研究,为类似桥梁设计和施工提供参考。研究结论:(1)在桥墩设计时,采用纵向直坡,横向变坡的双壁墩,在保证结构有足够横向刚度的前提下可有效降低结构的纵向刚度,满足大跨连续结构的受力要求;(2)取消双薄壁中的横联,可使结构更轻盈美观;(3)在梁部设计时,优化纵向预应力的布置,取消腹板上弯束,依靠纵向预应力钢束和竖向预应力钢筋可克服主拉应力,避免大跨结构腹板的开裂。     

客运专线无砟轨道大跨度预应力混凝土T构墩梁固结处局部应力分析

大跨度预应力混凝土T构墩梁结合区域结构构造、预应力钢束布置和应力分布都比较复杂,是T构桥的关键部位。结合某客运专线70 m跨度的预应力混凝土T构的设计方案,利用有限元分析软件ANSYS对墩梁固结部位进行精细的有限元局部应力分析,得到施工阶段及运营阶段墩梁固结区的应力分布规律,以便指导工程的设计和施工。结果表明,该结构预应力配束合理,施工阶段及运营阶段应力均满足设计规范要求。     

预应力混凝土箱梁桥腹板主应力影响因素研究

研究目的：为控制大跨度箱梁桥腹板斜裂缝的出现，对腹板主应力的两项影响因素，竖向预应力筋的构造形式和腹板厚度变化方式进行了研究。 研究方法：在腹板厚度的各种变化形式下，采用桥梁分析软件对腹板主拉应力进行了计算和分析。同时，针对普通形式竖向预应力筋的缺点，提出了另外两种竖向预应力筋的布置构想；并采用Ansys软件对竖筋各种构造形式下的腹板主应力进行了空间有限元对比分析。 研究结果：得出了腹板厚度不同变化情况下的腹板主应力曲线；竖向预应力筋不同构造形式下腹板主应力变化曲线和局部梁段节点第一主应力云图。 研究结论：（1）腹板厚度变化方式的取用是一个重要的裂缝控制因素，应尽量采用较为缓和的变化方式。（2）与普通型竖筋相比，U型竖筋的优势是可以使U型区域内的腹板混凝土受到整体预压应力作用，限制腹板主拉应力的出现和大小。新型竖筋构造形式对腹板主应力的影响分析，对连续体系箱梁的竖筋合理布置提供了参考意见。     

局部受热锈蚀预应力混凝土梁力学性能试验研究

随着我国基础建设的发展,大量混凝土桥梁在恶劣环境影响下发生腐蚀和老化,腐蚀桥梁结构的灾害破坏机理研究对桥梁结构的运营安全具有重要意义。为研究已经锈蚀受损的桥梁在局部受热状态下的高温力学性能,设计10根预应力混凝土梁试件。其中对照组的2根试件在常温下加载,试验变量为预应力筋初始应力,试验组的8根试件在高温下加载,试验变量分别为钢筋锈蚀、预应力筋初始应力、初始荷载。首先,基于电化学原理对4根预应力混凝土梁进行钢筋加速锈蚀处理,然后利用复合高温试验炉对8根预应力混凝土梁(4根锈蚀、4根未锈蚀)在跨中进行三面受火试验。最后,采用数值方法对局部受热预应力混凝土梁进行了仿真分析。研究结果表明：局部受热条件下,预应力混凝土梁的承载能力会发生明显降低,下降幅度约为11.3%～14.9%;钢筋锈蚀导致的混凝土开裂会对预应力混凝土梁的抗火性能产生不利影响,主要表现为2个方面,1)相同试验条件下,锈蚀后的试件预应力增量更大;2)锈蚀试件在局部受热条件下承载能力下降幅度更大,约为19.4%～21.9%;增大预应力筋的初始应力可以减小预应力混凝土梁在局部受热时的高温蠕变变形;局部高温作用下预应力混凝土梁对初始荷...