服役钢筋砼桥梁承载能力衰减研究

通过工程实际和研究,在已有资料的基础上,提出了砼内钢筋锈蚀的影响因素及钢筋截面积与强度的时变模型,并利用混凝土碳化深度预测模型和抗压强度时变模型,建立了服役钢筋砼桥梁承载能力衰减模型.研究的理论基本上解决了服役桥梁承载力评定和预测等问题,为旧桥的可靠性鉴定评级奠定了基础,同时也为旧桥的剩余寿命预测提供了依据.     

服役钢筋砼桥梁承载能力衰减研究

通过工程实际和研究，在已有资料的基础上，提出了砼内钢筋锈蚀的影响因素及钢筋截面积与强度的时变模型，并利用混凝土碳化深度预测模型和抗压强度时变模型，建立了服役钢筋砼桥梁承载能力衰减模型。研究的理论基本上解决了服役桥梁承载力评定和预测等问题，为旧桥的可靠性鉴定评级奠定了基础，同时也为旧桥的剩余寿命预测提供了依据。     

大气环境下钢筋混凝土T梁桥时变可靠性分析

综合考虑了大气环境下混凝土损伤和钢筋锈蚀等因素引起结构性能的退化,并结合服役梁桥时变可靠度分析的特点,建立了既有钢筋混凝土T梁桥的时变抗力计算模型,研究了其可靠度随时间的变化规律.结合一座在役T梁桥,基于Monte-Carlo模拟,计算得到了其可靠指标的时变曲线,结果与实际情况相符,验证了该模型的正确性与可靠性.最后,对影响结构性能的主要参数钢筋初锈时间、交通量与保护层厚度进行了敏感性分析,发现实桥超载是该桥维修加固的主要原因.     

基于长期性能的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力数值分析

在外部侵蚀介质及荷载的作用下,钢筋混凝土结构或构件内的钢筋会发生锈蚀,导致结构性能劣化、承载能力降低。对其承载力的衰减程度进行数值定量分析是混凝土结构长期性能中待解决的关键问题之一。研究影响锈蚀钢筋各项参数中混凝土结构物长期性能的主要指标,基于锈蚀钢筋的退化本构模型及混凝土的时变损伤本构模型,考虑钢筋与混凝土在不同锈蚀率下的粘结强度关系,进行了锈蚀钢筋混凝土构件承载力时变衰减数值模拟,并通过回归分析建立了锈蚀钢筋混凝土梁极限承载力时变模型。分析模型可应用于已有混凝土梁式构造物的锈蚀后结构承载力计算与评定工作。     

多元分布代表点法在服役锈蚀梁可靠性分析中的应用

为了高效率、高精度地对服役锈蚀梁可靠性展开研究,该文基于数论方法中的多元分布代表点提出了一种新的可靠度计算方法。首先,介绍了多元分布代表点的定义和生成方法,以及多元随机变量函数特征值(均值及标准差)的计算方法;随后建立了服役锈蚀梁的抗弯承载力及可靠度计算模型;最后基于多元分布代表点法对服役锈蚀梁的承载力及可靠性进行分析,并将分析结果与JC法及Monte Carlo方法得到的计算结果进行对比。同时基于不同混凝土保护层厚度和强度下锈蚀梁抗弯承载力的退化规律,对结构抗弯承载力进行敏感性分析。研究结果表明:该文提出的方法具有较好的计算效率及较高的计算精度,能大幅减少样本的数量,适应于工程实际运用。同时混凝土保护层厚度及强度的合理增大均能有效提高锈蚀梁在服役过程中的抗弯承载力。     

在役钢筋混凝土桥梁承载力分析方法

针对在役钢筋混凝土桥梁的承载力问题,提出了一套完整的承载力分析流程。首先按现行设计规范利用有限元软件计算桥梁荷载效应;其次考虑混凝土碳化、氯离子侵蚀、钢筋锈蚀及钢筋/混凝土黏结性能退化等因素,计算其实际承载力并进行验算,其中氯离子侵蚀采用细胞自动机原理进行模拟;然后对影响承载力的各不确定性因素进行敏感性分析。最后以天津市中心城区某超期服役钢筋混凝土梁桥为例,说明该承载力分析流程的计算过程,并对关键截面进行承载力退化过程分析。     

锈蚀变形钢筋混凝土受弯构件的受力性能试验研究

针对钢筋锈蚀对受弯构件受力性能的影响展开系统的试验研究,共进行了24根试件的试验,采用电化学锈蚀方法对试件钢筋进行快速锈蚀,研究了钢筋直径、钢筋锈蚀率等影响因素对受弯构件性能的影响。试验结果表明:钢筋锈蚀削弱了钢筋与混凝土之间的粘结,降低了构件的抗弯刚度,刚度的减小幅度随锈蚀率的增大而提高;同时也影响了截面的变形协调,致使受弯构件的承载能力降低;锈蚀率相近的构件承载力退化基本相当,锈蚀试件的屈服挠度显著大于未锈蚀构件,但混凝土边缘压应变与未锈蚀试件基本相当,表明钢筋本身削弱的影响略大于粘结退化的影响。     

锈蚀钢筋粘结性能对比试验研究

为研究钢筋锈蚀、钢筋类型和直径对钢筋与混凝土间粘结性能的影响,设计制作了变形钢筋和光圆钢筋混凝土粘结试件,并进行了实验室通电快速锈蚀。通过快速锈蚀两种粘结试件的拔出试验,得到了钢筋与混凝土间粘结应力-滑移曲线,分析了锈蚀率、钢筋直径以及钢筋类型对粘结应力-滑移曲线影响,探讨了不同锈蚀率下两种类型钢筋混凝土粘结试件破坏模式。试验研究表明:光圆钢筋与混凝土间粘结性能对钢筋锈蚀更敏感,随锈蚀率变化,其最大粘结力及相应的滑移量变化幅度更大;变形钢筋与混凝土间粘结性能对钢筋直径更敏感,锈蚀率接近的情况下,直径不同,其粘结应力-滑移曲线差异显著。     

侵蚀性环境下桥梁CFRP/BFRP加固后的长期性能试验

为了研究侵蚀性环境下服役桥梁构件采用纤维材料加固后的长期性能,对11根具有初始锈蚀损伤的钢筋混凝土梁式构件采用碳纤维布(CFRP)和玄武岩纤维布(BFRP)加固后继续退化的承载力及服役性能进行试验.通过对加固后构件进行电化学加速锈蚀和盐液浸润干湿循环模拟不同程度的后续服役性能退化,研究侵蚀性环境对CFRP和BFRP加固构件在不同后续服役期的承载力、刚度等性能影响规律,同时对比了2种加固材料的耐久性能和成本效益.结果表明:侵蚀性环境下加固后的桥梁构件承载能力评估需综合考虑钢筋锈蚀引起的承载力降低和侵蚀性环境对纤维利用效率的降低;CFRP对刚度提高显著,而BFRP加固具有更好的延性;考虑加固后长期服役性能,CFRP加固后具有较好的耐久性,而BFRP具有较高的成本效益.     

石屑混凝土的钢筋锈蚀性能试验研究

通过对比试验研究了石屑混凝土的钢筋锈蚀性能,并对所用的两种测试方法进行了比较。结果表明:石屑混凝土的钢筋锈蚀性能与普通混凝土相当,GECOR6型钢筋锈蚀仪用于室内试验也值得信赖。     

大跨径波形钢腹板梁桥试设计及探索

波形钢腹板组合箱梁从根本上回避了一般预应力混凝土箱梁桥腹板开裂病害问题,合理地将钢、混凝土两种材料结合,改善结构力学性能并减轻结构自重,理论上波形钢腹板梁桥可以超过混凝土腹板梁桥达到更大的跨度。由于梁桥中墩墩顶处负弯矩承载力有限,通过负弯矩对比的方式,试设计主跨360 m的波形钢腹板组合梁桥,并建立有限元模型,对结构抗弯、抗剪承载力,以及连接件等进行计算,结果表明试设计方案是成立的。钢腹板整体屈曲稳定性是制约波形钢腹板梁桥跨径增大的主要因素之一。为解决现有的波形钢腹板型号应用在大跨度梁桥中整体屈曲强度折减较严重的问题,研究设置纵向横隔和采用大尺寸波形钢腹板型号的应对措施,从而为波形钢腹板梁桥向更大跨度发展做出积极探索。     

预应力混凝土低高箱梁桥承载能力分析

预应力混凝土低高箱梁桥在桥梁工程中被推广使用,但其承载能力研究相对滞后.本文讨论了预应力混凝土低高箱梁承载能力计算方法,将箱梁沿截面竖向划分条带,根据箱梁截面内外力平衡,引入混凝土和预应力钢筋的本构关系,可以对低高箱梁进行承载能力全过程的非线性分析.对30m预应力混凝土低高箱梁进行了全过程非线性分析,并将计算结果和试验数据进行了对比,二者基本吻合,说明计算方法正确,计算所得结果可对这种梁的承载能力有更深入了解,为以后该种梁的设计和应用提供可靠的理论依据.     

预应力混凝土梁式桥支座病害与防治

支座作为桥梁结构的重要构件,发挥着承重、抗震、抗击水平荷载、辅助梁体正常工作等的重要作用,其质量和性能直接影响桥梁的使用寿命.普通橡胶支座良好的耐久性、安装简易性、与稳定性能,以及"低廉"的价格,使之成为桥梁支座的首选构件.普通板式支座在预应力混凝土梁式桥(简支、连续、刚构)用得较多,支座病害也较多.由于人们对此病害的认识的深度不足,导致了很多梁式桥支座在投入运营前就处于带病状态,桥梁过早进入维修周期.现通过多年对梁式桥出现的支座病害情况的调研,总结分析了支座病害的成因、病害对桥梁整体寿命的影响;对工程常用的、数量较多的普通板式支座五种病害类型的危害特点进行论述;提出了有针对性防治措施;同时针对现浇梁式桥危害最大的支座剪裂病害提出两种解决方法,通过在兴延高速公路六环路立交的成功应用,为解决支座剪裂病害提供了借鉴.     

超高车辆撞击下预应力混凝土空心板桥损伤机理及撞后承载力研究

为研究超高车辆撞击预应力空心板桥的损伤破坏机理及被撞主梁承载力的变化规律,建立精细的预应力空心板桥-双轴卡车碰撞有限元模型,其中车辆模型采用美国国家碰撞分析中心建立的标准双轴卡车模型,并用足尺模型试验结果对空心板桥模型承载力进行验证。分别考虑车辆速度、载质量、超高高度、撞击角度和混凝土强度等因素,采用显式动力分析软件LS-DYNA进行不同参数下超高车辆-桥梁的碰撞分析（共计13种工况）。研究结果表明：在超高车辆撞击作用下,桥梁整体位移和变形较小,空心板桥主要发生局部型损伤,碰撞区域混凝土剥落,部分普通钢筋及预应力钢筋外露甚至屈服退出工作,车辆的碰撞速度、碰撞角度以及结构自身的材料强度对于空心板局部损伤影响较明显;在不同车辆撞击参数下,被撞主梁的竖向抗弯承载能力损失水平都在15%以内,30°角为最不利的撞击角度,损伤结构的承载力下降达14%;混凝土强度为C30时空心板桥撞损后的承载力下降比例要大于C40及C50。在主梁预应力筋因撞击退出工作的情况下,被撞梁的竖向承载性能及变形刚度均明显降低,其中车辆撞击侧预应力底板束失效情况下,竖向承载力仅为损伤前承载力的65%;底板束和腹板束同时失效时,主梁在自重作用下出现整体垮塌。对于预应力空心板桥,需高度重视撞后预应力筋损伤破坏对主梁承载力的影响,在桥梁防撞设计中应予以充分考虑。     

预应力混凝土箱梁损伤后剩余承载力计算及变化规律研究

目前对在役桥梁进行技术状况评定时,往往需采用荷载试验的方法来反映桥梁结构实际损伤所产生的性能退化。然而,荷载试验方法存在费用高、耗时长等问题,进行荷载试验代价巨大,且对于存在损伤的结构具有一定的风险。因此,基于对一新建跨径30 m预制预应力混凝土箱梁进行的足尺模型试验结果,构造定义了2种不同的刚度损伤折减系数,结合规范给出的开裂构件抗弯刚度计算公式,提出基于刚度损伤折减系数计算构件实际剩余承载力的计算公式。结果表明：2种方法定义得到的抗弯刚度折减系数的变化趋势基本一致,箱梁在出现损伤后的刚度折减效应明显,从箱梁出现开裂损伤到承载能力极限状态刚度折减约40%,相邻两截面的刚度折减可近似呈线性分布;基于刚度损伤折减系数计算的剩余承载力与试验值的偏差都在5%以下;结合刚度折减系数沿箱梁纵向的分布规律,可计算得出在跨中截面出现损伤后,沿箱梁纵向各截面实际剩余承载力的分布规律。提出的基于刚度损伤折减系数计算实际剩余承载力的方法,可通过结构外观检查结果实现对带有损伤的预应力混凝土箱梁实际剩余承载力的准确计算,该方法简便可行、费用低廉,同时也可为出现损伤的在役桥梁技术状况评定及剩余承载力计算提供一定的借鉴。     

波纹钢腹板预应力组合箱梁桥的设计计算分析

针对目前国内跨度最大的波纹钢腹板预应力组合箱梁桥——三道河中桥,对其箱梁主体、波纹钢腹板、剪力连接键及预应力布置等方面的设计及构造细节进行了介绍;并采用ANSYS建立了其空间有限元模型,参照现行的桥梁设计规范对其设计计算过程中的截面受力、波纹钢腹板的受力、剪力连接键的抗剪能力以及主梁变形等关键性问题进行了详细的阐述。计算结果表明,在正常使用极限状态下,混凝土顶底板的应力、波纹钢腹板剪应力及主梁挠度满足要求,且波纹钢腹板不会在其发生剪切屈服之前而发生局部屈曲、整体屈曲或合成屈曲破坏;在承载能力极限状态下,主梁承载能力满足要求;剪力连接键的抗剪能力满足要求且具有较大的安全储备。可为今后波纹钢腹板预应力组合梁桥的设计计算提供参考。     

钢筋混凝土梁式桥耐久性的模糊综合评定法

根据钢筋混凝土梁式桥耐久性评估的特点,借助模糊数学中模糊综合评判的理论,在分析钢筋混凝土材料耐久性诸影响因素和梁桥结构受力特点的基础上,采用层次分析法确定各种因素影响对于梁桥耐久性的权重向量,建立了梁式钢筋混凝土桥梁耐久性评定的两级模糊综合评定模型,给出了相应的工程评定实例。     

车致疲劳损伤对钢-混凝土组合梁桥极限承载力可靠度的影响

钢-混凝土组合梁桥因其发挥了2种材料各自的优势,被广泛应用于中小跨径的桥梁结构中,而极限承载能力是评判其安全与否最直观的指标之一。为了对现役钢-混凝土组合梁桥的极限承载力进行更为准确的评估,提出一种确定钢主梁极限承载能力可靠度的新方法,该方法能考虑车辆荷载引起的疲劳累积损伤对钢主梁极限承载力的影响。首先建立了三维车桥耦合振动模型,并采用美国AASHTO桥梁设计规范中的Ⅰ形简支钢-混凝土组合梁桥、强度设计车辆荷载模型和疲劳设计车辆荷载模型作为算例进行分析。然后,基于建立的车桥耦合振动程序、S-N曲线和雨流计数法,获得不同桥面状态下强度设计车以不同车速过桥时产生的动力冲击系数和疲劳设计车以不同车速过桥时产生的疲劳损伤累积和最大应力,并根据卡方检验对在不同桥面状态和不同车速下获得的这3个参数的分布类型进行检验。最后,基于剩余强度理论,利用AASHTO规范中规定的桥梁承载力设计方程,建立能考虑桥梁全寿命周期内桥面处于不同状态时车辆过桥产生的累积疲劳损伤对钢主梁极限承载能力折减的极限状态方程,并以此对钢主梁极限承载力的可靠指标进行研究,获得其与疲劳设计车日均通行量的关系。研究结果表明：桥梁极限承载力可靠度会随着疲劳设计车日通行量的增大而降低;钢主梁疲劳累积损伤对其极限承载力折减具有重要影响。提出的方法为准确评估在役桥梁的极限承载能力提供了更为有效的途径。     

桥面混凝土铺装层对主梁承载能力的影响分析

在桥梁结构设计与桥梁荷载试验计算中,铺装层往往被保守地当作恒载来处理,未考虑其对主梁受力影响,而桥面铺装层对主梁的影响主要取决于铺装层与主梁的结合形式。文中以某普通钢筋混凝土梁为研究对象,针对桥面铺装结构和主梁的强、弱2种不同结合形式,在不同铺装层厚度下进行有限元模拟计算和结构静载试验;通过对比分析计算结果与试验结果,指出混凝土铺装层是桥梁结构承力构件的一部分,与主梁共同参与受力,从而提出桥梁结构计算模型中混凝土铺装层与主梁的合理的结合形式。     

宽幅异形钢板组合梁的设计与研究

以丰台火车站东侧立交专用匝道宽幅异形钢板组合梁桥为研究对象，从结构优化和安全设计两方面对组合梁桥进行分析，以桥梁结构安全性与经济性为原则，提出最优设计方案。在有限元软件中，采取刚臂连接模拟剪力钉设置，结合混凝土桥面板和工字形钢主梁，建立全桥整体模型；通过调整中横梁设置个数、改变支座平面布置方式，优化桥梁结构设计；根据桥梁实际受力情况，分析桥梁结构在常态下钢主梁的刚度、承载能力、屈曲稳定和疲劳应力情况。结果表明：在满足结构使用安全的情况下，减少中横梁数量，会增加结构应力，降低稳定安全系数；宽幅异形钢板组合梁受混凝土收缩影响明显，外侧支座容易脱空，优化支座布置显得尤为重要；在正常使用状态下，钢板组合梁外侧主梁刚度较小，变形明显，应力较大，最早容易出现屈曲失稳，且受疲劳荷载影响较为敏感。