混凝土斜拉桥箱梁强受扭损伤试验研究

某大跨斜拉桥主梁采用预应力混凝土箱梁,在施工过程中因火灾烧断主梁一侧9根斜拉索导致主梁强受扭损伤。为研究主梁强受扭损伤后的受力性能,设计制作相似比为1∶4的节段模型进行强受扭损伤模拟试验,并采用有限元程序Abaqus对模型梁的受扭损伤过程进行模拟分析,研究断索后主梁的强受扭损伤状态,评估主梁损伤后的抗扭承载力及索力恢复后的弯曲性能。结果表明:模型梁强受扭损伤后的裂缝宽度、间距和角度与实桥高度相似,与有限元计算的损伤状态也一致;模型梁实测扭转变形与计算扭转变形及实桥控制截面扭转变形吻合较好;实桥断索时主梁所受最大扭矩荷载约为其抗扭承载力的75%;索力恢复后,主梁的抗弯刚度有所下降,但对体系刚度影响有限,可加固修复。     

强受扭损伤箱梁加固后的压弯性能研究

为研究某特大跨双索面混凝土斜拉桥因火灾致强受扭损伤的混凝土箱梁能否修复使用,对强受扭损伤加固后主梁的压弯刚度、扭转刚度及抗弯极限承载力开展了模型试验研究,评估灌浆-锚钢加固对主梁的压弯刚度及扭转刚度的影响。依据常用规范公式对箱梁抗弯极限承载力及正常使用极限状态下的变形、裂缝特征进行验算,评估规范中相应计算公式的适用性,并对加固箱梁在压弯荷载作用下的破坏形态进行对比分析。结果表明:灌浆-锚钢加固能有效地提高弯扭剪复合受力下箱梁的压弯刚度及扭转刚度;在压弯荷载作用下,加固梁的最终破坏形态为箱梁底板拉裂至钢筋屈服破坏,顶板混凝土没有被压溃,腹板锚贴钢板基本无损坏,但顶板锚贴钢板与混凝土界面发生了剥离现象,钢绞线未被拉断;GB50010—2010、JTG D62—2012、ACI318M-05规范均能较为准确地计算箱梁的抗弯极限承载力,ACI318M-05规范计算试验梁在正常使用极限状态下的跨中挠度值与实测值较为接近,基本能反映预应力混凝土箱梁正常使用极限状态下的变形性能;GB50010—2010规范计算试验梁的最大裂缝宽度和裂缝间距与实测值均较为接近,基本能反映预应力混凝土大比例缩尺箱梁的裂缝特性。     

预应力钢箱高强混凝土组合梁受扭性能试验

为掌握预应力钢箱高强混凝土组合梁的受扭性能,以箍筋间距和预应力等级为主要参数设计了3根足尺试验梁,在自行研制的扭转试验装置上进行试验,得到了试验梁的扭矩-扭率曲线、钢筋扭矩-应变曲线、钢梁及混凝土应变分布等重要参数,对破坏形态与工作机理进行了详细分析。采用预应力影响系数,推导出了该类组合梁的开裂扭矩计算公式;基于变角空间桁架模型理论,推导出了极限扭矩计算公式,并将计算值和实测值进行了对比分析。结果表明:计算值与试验值吻合良好;受扭承载力由混凝土翼板和钢箱梁组成的箱形梁承担;预应力等级对试验梁开裂扭矩影响明显,而箍筋间距和预应力等级对试验梁极限抗扭承载力影响不大。     

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。     

弯、扭共同作用下预应力混凝土开孔梁的抗扭强度

本文基于斜弯模型,建立了横向开有园孔的预应力混凝土梁在弯矩和扭矩共同作用下抗扭强度计算公式。13根配有腹筋的轴心和偏心预应力钢筋混凝土梁的试验结果表明,计算值与试验值吻合良好。弯矩和扭矩相互作用图表明:当比值T/M较小时,则发生破坏形式1如本文中图1所示,并且随着弯矩的增加,抗扭强度降低;当比值较大时,弯矩对梁抗扭强度没有影响。此外,混凝土开裂大大地降低了梁的抗扭刚度。试验结果表明偏心预应力比轴心预应力更经济。     

灌缝-锚钢加固箱梁抗弯疲劳性能试验研究

为研究某PC斜拉桥大面积断索后主梁复合受扭开裂加固的疲劳性能及长期加固效果,对节段模型梁进行灌缝-锚钢加固后的疲劳性能展开试验研究,探索混凝土箱梁加固段和未加固段在重复荷载作用下的应变、裂缝及挠度发展规律,最后基于疲劳试验结果提出灌缝-锚钢加固钢筋混凝土箱梁在重复荷载作用下的疲劳刚度分段计算公式。结果表明:加固模型梁在240万次重复荷载作用下刚度下降16.8%,试验全过程挠度呈线弹性变化且无新裂缝产生;此次试验加固段的受弯疲劳性能优于未损伤未加固段;依据试验得出的疲劳刚度分段公式计算结果与试验值吻合良好。     

带竖向接缝的混凝土箱梁桥抗剪性能试验研究

为了解竖向接缝对预应力混凝土箱梁桥抗剪性能的不利影响及改进措施,以七里坪湘江大桥预应力混凝土梁为原型,设计制作4片预应力混凝土模型梁进行跨中单点加载试验,分析各模型梁在试验过程中的裂缝发展情况、破坏形态和抗剪承载力,研究交界面粗糙度和普通钢筋配筋率对抗剪性能的影响。结果表明:各模型梁的裂缝发展过程基本相似,破坏形态均为弯剪破坏;带竖向接缝梁的抗裂性能比整体浇筑梁差,但各梁的抗剪承载力相差不大;带竖向接缝梁的刚度低于整体浇筑梁的刚度;增加接缝处混凝土交界面粗糙度和普通钢筋配筋率可以提高带竖向接缝梁的抗裂性能和刚度。     

基于遗传算法的体外预应力钢丝绳加固RC梁抗剪承载力计算方法

为了深入研究体外预应力钢丝绳加固RC梁的抗剪加承载力的计算方法,对3根钢筋混凝土基准梁和19根体外预应力钢丝绳加固梁进行了抗剪试验,分析了钢丝绳体外预应力加固钢筋混凝土梁的抗剪机理;基于混凝土损伤理论,采用ANSYS软件对加固梁进行了有限元仿真分析,分析了不同带载水平及损伤度对加固梁抗剪承载能力的影响;以试验样本及有限元仿真样本为基础,基于遗传算法对损伤度及带载水平对加固梁的抗剪承载能力影响系数进行了研究,给出了不同损伤度及带载水平对加固梁抗剪承载力的影响系数;将遗传算法得到的损伤度及带载水平的影响系数与统计分析的结果进行了对比分析,验证了采用遗传算法得到的影响系数的可靠性。     

连续箱梁桥体外预应力加固施工监控研究

体外预应力加固连续箱梁桥,是通过在箱室内合理增设体外预应力索,主动调整并改善原结构的受力状态,提高主梁结构的刚度和抗裂性能。为确保体外索张拉过程中的结构安全和加固效果,应通过监测及时掌握结构的受力状态,优化张拉过程并及时调整体外预应力张拉控制值。本研究结合工程实际,详细阐述了连续箱梁桥体外预应力加固的施工监控全过程,对比分析了加固后主梁的变形、应力等参数的理论值和实测值,以期为同类工程的施工监控提供参考。     

连续刚构桥体外预应力加固效果的试验研究

文章通过对体外预应力加固的连续刚构桥进行加固前和加固后的荷载试验,从结构的强度、刚度和动力特性上对其加固效果进行试验研究。结果表明,体外预应力提高了结构的刚度,改善了箱梁混凝土的局部应力状态,降低了结构的偏载系数。     

预应力高强软钢丝加聚合物砂浆抗弯加固性能试验与理论分析

为了给预应力高强软钢丝加聚合物砂浆加固方法的设计计算与施工张拉控制提供依据,首先通过5根钢丝束张拉试验提出了考虑张拉力损失、由施工扭力换算得到的钢丝束初张力设计计算公式;然后完成了2根预应力高强软钢丝加聚合物砂浆加固矩形梁和1根对比梁的抗弯性能试验,研究了加固梁的抗裂性、抗弯承载力、刚度等性能的提升效果,并探明加固梁的破坏模式;同时定义了加固梁的开裂、屈服和抗弯极限等特征状态,利用理论分析推导出加固梁的开裂、屈服、极限弯矩和开裂、屈服刚度等设计计算公式,并将理论计算结果与试验结果进行了对比。研究结果表明:混凝土梁采用预应力高强软钢丝加复合砂浆加固后,钢丝束越多、相同荷载等级下的裂缝宽度越小,说明预应力软钢丝束能较好地抑制原混凝土结构裂缝的产生和发展;与未加固梁相比,加固梁的抗裂性能提升了60.3%~101%,抗弯承载力提高了17.3%~35.8%,跨中挠度减小了10.4%~27.4%,构件的抗裂性、抗弯承载力和刚度均明显提高;钢丝束初张力设计公式、加固梁在开裂、屈服和极限状态时的特征弯矩以及开裂和钢筋屈服时跨中挠度的理论计算方法均与试验结果吻合较好,且偏于保守,能够满足工程应用的精度要求。     

在役预应力组合箱梁病害分析及加固方案研究

预应力混凝土组合箱梁在运营中容易出现各种病害。结合一座25m的在役小箱梁工程实例,对其进行外观检测、预应力检测、加固前后的荷载试验、加固前和6种加固方案加固后的有限元分析。结合试验跨加固效果和有限元分析结果,确定对于刚度下降明显的该类桥梁可以采取腹板增设体外预应力和在腹板间加设横隔梁的方法进行加固,对于刚度下降不是很明显的该类桥梁病害,可以采取在箱梁腹板、底板粘贴钢板和在腹板间加设横隔梁的方法进行加固;跨中横隔梁数量以2道为宜。     

波形钢腹板PC组合箱梁设计和施工方法研究

该文通过对波形钢腹板PC组合箱梁模型梁的设计和施工方法的研究,分析了组合箱梁的抗弯、抗剪、抗扭、剪力连接件及体外预应力筋的设计理论,讨论了组合箱梁的施工工艺、波形钢腹板的加工安装、防锈隔水措施及体外预应力筋布置施工控制方法,并通过组合梁的抗变形加载试验,验证了组合箱梁的设计、施工方法的正确性。     

体外配置CFRP预应力筋混凝土箱梁受力性能试验研究

制作了体外配置碳纤维(CFRP)筋预应力混凝土薄壁箱梁模型,对模型箱梁从CFRP预应力筋张拉、加载至混凝土开裂这一过程进行了试验研究,研究了预应力损失和均布荷载作用下箱梁跨中截面应力-应变分布规律、受压翼缘有效分布宽度系数、跨中挠度、抗裂性能以及CFRP体外预应力筋的应力变化情况,试验表明该箱梁具有良好的抗裂性能与变形性能,混凝土开裂引起顶板受压翼缘有效分布宽度系数增加小于5%。该研究为CFRP体外预应力筋在混凝土薄壁箱梁中的推广应用提供了可靠的试验依据。     

曲线连续箱梁桥抗倾覆性能试验研究

针对近几年来曲线连续梁桥出现的倾覆事故,为了研究曲线连续箱梁桥在正常使用荷载作用下的抗倾覆性能,针对某9孔连续箱梁桥进行了相关理论计算及现场试验研究。本试验主要针对曲线连续箱梁桥的抗扭刚度和主梁承载力进行相关计算及测试,测试结果较好的反映了桥梁的实际抗倾覆性能,取得了理想的试验效果。     

预应力碳纤维布加固钢筋混凝土箱形简支梁的试验研究

传统外部粘贴碳纤维增强复合材料加固技术无法充分发挥碳纤维材料性能,加固效果有限.对2根采用外部粘贴预应力碳纤维布加固的已开裂箱形梁进行了受弯模型试验,并研究了预应力碳纤维布加固对已开裂箱梁抗弯刚度及延性的影响.研究表明,对于受损较为严重的梁,采用预应力碳纤维布加固,碳纤维布对裂缝的扩张有一定的限制作用,对刚度较完好梁,加固后其刚度有所提高,能起到加固的效果,但其延性性能有所退化.在正常体位加固梁时,应该考虑碳纤维布的粘贴质量,对理论计算的刚度值进行适当折减.     

弯剪扭荷载下配筋UHPC矩形梁的扭转性能与承载力计算

配筋超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)梁在弯剪扭组合荷载作用(复合受扭)下的抗扭性能研究较为匮乏。为此，开展了8根配筋UHPC矩形梁的复合受扭试验，获得了各试件损伤破坏模式、扭矩-扭率曲线、扭矩-应变曲线及扭矩-裂缝宽度曲线，分析了配筋UHPC矩形梁复合受扭破坏机理，探讨了扭剪比、纵向配筋率对抗扭承载性能和延性的影响。试验结果表明：试件破坏形态为纯扭破坏和非纯扭(扭转、剪扭、弯扭)破坏；相比于纯扭试件，非纯扭试件表面未形成空间螺旋形裂缝，同时其正立面裂缝比背立面数量更多且更宽，非纯扭试件开裂扭矩降低46%～73%,抗扭承载力降低1%～38%,扭转延性系数提高38%～169%。随扭剪比从1增加到3,非纯扭试件抗扭承载力提高1%～21%,扭转延性系数提高24%～88%;随着纵向配筋率从0.78%增加到4.90%,试件抗扭承载力提高12%～27%,非纯扭试件扭转延性系数提高35%～88%,但纯扭试件扭转延性系数下降了31%。配筋UHPC复合受扭梁弯扭相关性符合“三折线”模型，基于弯扭“三折线”模型提出的复合受扭梁抗扭承载力公式计算值与...     

混凝土连续箱梁体外预应力加固技术研究

体外预应力加固连续箱梁难点在于确定合理的体外预应力度,该文以某高速公路预应力混凝土连续箱梁为研究对象,通过对比分析静载试验与有限元计算结果,推断箱梁刚度折减情况,得到了桥梁实际损伤状况,并结合体外预应力加固设计原则合理确定了各跨需施加的体外预应力,经加固前、后静载试验数据对比,验证了加固效果良好,桥梁承载能力满足要求,确保了桥梁安全运营。     

横向分段施工预应力混凝土斜箱梁极限承载能力研究

为了分析横向分段施工预应力混凝土斜箱梁(简称分段合成斜箱梁)与整体浇注预应力混凝土斜箱梁(简称整体浇注斜箱梁)极限承载能力差异,建立分段合成斜箱梁和整体浇注斜箱梁的两个大比例试验模型;在两个模型的关键截面布设应变和挠度测点,采集两者在分级加载试验过程的挠度、应变数据,观测混凝土开裂情况。对采集的数据整理分析,比较两者在加载过程中结构的开裂情况、极限承载能力大小和受力性能的差异。根据结构受力特点,提出分段合成斜箱梁极限承载力的有限元分析方法;应用有限元程序ANSYS对两个试验模型的极限承载能力进行分析,分别与试验结果进行比较,验证了有限元模型的准确。通过试验和有限元比较分析,结果表明分段合成斜箱梁跨中截面湿接缝的混凝土先于整体浇注斜箱梁混凝土开裂,整体浇注斜箱梁梁肋底部混凝土先于湿接缝对应位置的混凝土开裂,且前者的开裂荷载低于后者,但两者的极限承载力相差甚微,基本相等;通过有限元分析斜交角和抗弯抗扭刚度比两个参数,表明整体浇注斜箱梁的极限承载能力随着斜交角的增加而增大,随着抗弯抗扭刚度比的减小而增大,但增大幅度较小。     

装配式PC箱梁刚度退化及识别的足尺试验

为了明确装配式预应力混凝土（PC）梁刚度在损伤状态下的退化规律，针对3片30 m预应力混凝土箱梁开展了足尺模型试验研究。首先，建立了损伤梁的结构静动刚度识别模型，基于跨中挠度提出了结构等代静刚度计算式，基于自振频率提出了结构等代动刚度的计算式；其次，对足尺箱梁进行了多工况的静力逐级加载和动力交替试验，分析了箱梁裂缝、挠度、频率等特征参数随荷载的演化规律，研究了损伤状态对箱梁特征参数的影响；再次，通过有限元模型修正给出了箱梁动刚度衰减系数，研究了结构静动刚度随损伤状态的衰减规律，分析了静动刚度差异的原因；最后，建立了结构静动刚度衰减系数和裂缝特征参数之间的经验回归式，并与现有研究成果进行了对比。结果表明：初始损伤状况对箱梁受荷后的裂缝统计分布特征参数有一定影响；箱梁开裂后在相同荷载下的结构等代静、动刚度衰减程度并不相同，其中最终的静刚度衰减系数为0.30，最终的动刚度衰减系数为0.80；足尺梁与室内缩尺模型梁的静刚度衰减系数并不相同。所提出的静、动刚度衰减公式较为简洁，可用于实际损伤箱梁的结构性能评估。