预应力混凝土桥梁节段预制干接缝抗剪性能分析

为研究预应力混凝土桥梁节段预制干接缝的抗剪性能,以预应力混凝土T梁干接缝节段作为研究对象,基于混凝土塑性损伤模型,采用ABAQUS有限元软件建立了混凝土梁节段预制干接缝的三维有限元模型,计算分析了模型在荷载作用下的受力性能.结果 表明:预应力混凝土桥梁节段预制干接缝在弯剪作用下键齿易开裂;剪跨比对节段梁的承载力影响较大,随着剪跨比的增大而减小;接缝的张开是影响节段梁受力性能的关键因素.我国公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范和美国AASHTO规范计算的抗剪承载力与有限元结果吻合较好.     

预制节段RPC梁干接缝直剪性能试验研究

为了探索预制节段RPC梁干接缝在荷载作用下的直剪性能,制作了20个RPC推出试件,采用了直剪试验的方法进行研究,分析了钢纤维类型(type-2000,type-2850)、键齿数量(整体式、单键齿、三键齿)、水平正应力(1 MPa,2 MPa)和混凝土强度这4种因素对RPC梁干接缝直剪强度的影响,记录了RPC梁干接缝在直剪荷载作用下的开裂荷载、极限荷载、残余荷载、接缝的竖向相对位移和横向位移等数据,并根据试验数据绘制了荷载-位移曲线,观测了RPC梁干接缝的裂缝开裂形态和破坏模式。此外,测试了RPC材料的弹性模量、泊松比等力学性能。试验结果表明:预制节段RPC梁干接缝的开裂荷载约为极限荷载的42.6%～70.6%。水平正应力对各种类型接缝的直剪承载力均有明显的提高,其中,对三键齿接缝的提高最大。随着混凝土强度的增大,预制节段梁干接缝的直剪强度呈显著提高的趋势,在水平正应力为2 MPa的情况下,RPC单键齿干接缝的直剪强度是普通混凝土单键齿干接缝的直剪强度的2.38倍;RPC三键齿干接缝的直剪强度是普通混凝土三键齿干接缝直剪强度的3.17倍。RPC三键齿干接缝不会同时发生破坏,而是具有明显的顺序破坏现象。钢纤维对预制节段梁干接缝的抗开裂能力和极限承载力有较大的提升作用,但钢纤维类型对RPC干接缝的直剪强度的提升不大。     

后张预应力节段拼装CFST桥墩抗侧力学行为试验

为发展绿色、高效及可恢复功能的新型预制装配式桥梁结构体系,提出将钢管混凝土(CFST)应用于后张预应力节段预制拼装桥墩的结构形式。介绍了后张预应力节段拼装CFST桥墩关键构造、受力状态及力学行为特征,建立其关键部件设计方法。设计并加工制作了试验模型试件,开展了轴心后张预应力节段拼装CFST桥墩侧向往复加载拟静力试验,揭示了其水平往复加载过程中的滞回行为、骨架曲线、预应力损失、耗能能力、节段间接缝张口、节段间接缝滑移及塑性铰发展等非线性力学行为。研究结果表明:该后张预应力节段拼装CFST桥墩具有较高的抗侧能力和良好的自复位性能,侧向承载能力失效时残余偏移率为0.2%;水平往复位移将会造成较大的预应力损失,失效时即水平最大位移偏移率5.8%时,预应力损失约15%;节段预制拼装CFST墩柱出现双塑性铰效应,底部接缝开口较大,其上相邻接缝处开口量显著减小;试验后接缝处没有出现显著水平移位或错动现象,预制节段墩身没有出现明显外观损伤,底部接缝处应力集中区域钢管内少量混凝土破碎,导致钢管局部屈服;无附加耗能装置的后张预应力节段拼装桥墩耗能能力较差,建议在接缝开口处附设耗能装置。研究成果可为自复位预制拼装CFST桥墩设计和性能优化提供重要参考。     

螺栓连接预制拼装CFST桥墩抗震性能试验

为发展适用于强震区的绿色、高效预制装配桥梁结构,提出2种基于螺栓连接的节段预制拼装钢管混凝土(CFST)桥墩。开展有轴向预应力和无预应力的预制节段拼装CFST桥墩侧向往复拟静力加载试验研究,简要描述了预制节段拼装桥墩在水平往复荷载作用下的结构变形和损伤过程,分析其恢复力-位移滞回性能、卸载刚度、预应力损失、节段间接缝张口等非线性力学行为。研究结果表明:基于螺栓连接的预制节段拼装CFST桥墩具有良好的水平承载能力和耗能能力,滞回曲线饱满,延性性能较好;桥墩轴向预应力可提高桥墩的自复位能力,合理设计连接钢管尺寸能够实现节段间接缝开口均匀分布,相对于传统拼装桥墩只有底部开口情况,该设计更能充分利用各节段强度;随水平加载位移增加,轴向预应力筋张拉力基本呈线性增加,在最大水平加载偏移率为7.7%时,桥墩仍具有良好的水平承载能力,水平力撤销后预应力筋张拉力损失约为加载前的20%。研究结果可为开展基于预制拼装钢管混凝土桥墩的结构设计和工程实践提供参考,对推动中国快速桥梁建造技术具有积极意义。     

节段预制拼装波形钢腹板组合梁整体受力性能试验研究

节段预制拼装波腹板组合梁桥兼有节段预制拼装工艺和波腹板组合结构的优点,极具推广价值。为研究该类型结构的抗弯及抗剪等受力性能,采用成型工艺、体内体外预应力配束比例、剪跨比、接缝数量、波腹板连接形式等参数进行了6片缩尺简支模型梁试验。描述了模型梁混凝土应变、波腹板应变、预应力筋应力、挠度随荷载变化的规律以及裂缝形成过程和破坏形态,分析了各因素对节段拼装波腹板梁受力性能的影响。研究表明:节段梁在弹性阶段与整体梁具备同等刚度;接缝影响了节段梁的破坏形态,较大地削弱了抗弯承载力;混合配束节段梁以及翼缘式连接节段梁表现出更优的力学性能。     

节段拼装大悬臂PC盖梁弯剪性能试验研究

大悬臂PC盖梁分3个节段预制,设牛腿缝拼装,可有效控制吊装重量和提高施工效率;但牛腿缝节段预制拼装盖梁的抗弯抗剪性能研究成果鲜见报道.针对节段拼装大悬臂PC盖梁承载性能,确定了试件尺寸、加载方式、测试项目等内容,开展了2组盖梁缩尺模型的抗弯、抗剪性能试验,对比分析了牛腿缝拼装试件和现浇整体试件在极限承载能力、破坏形式、破坏规律、关键部位荷载～应变关系、盖梁梁端荷载挠度方面的特性.结果 表明:牛腿缝拼装试件较现浇整体试件的抗弯、抗剪极限承载力下降明显;牛腿缝拼装试件主要为局部破坏导致整体破坏形态;建议进一步对节段拼装盖梁拼接面处薄弱区域开展研究,以改善牛腿缝拼装盖梁整体弯剪极限承载力.     

预制节段干接缝体外预应力混凝土简支梁抗剪性能试验

预制节段干接缝体外预应力混凝土梁是一种适应于快速化施工的新型桥梁结构形式,然而预制节段干接缝体外预应力混凝土梁的斜截面抗剪破坏机理尚不明确。针对此类状况以文献[18]中推荐的箱型截面为原型,进行4根预制节段干接缝体外预应力混凝土梁和3根整体式体外预应力混凝土梁的1：8缩尺模型试验,揭示不同剪跨比（1.5,2.0和2.5）、接缝类型（整体式接缝和干接缝）以及接缝数量（2和4）对预制节段干接缝体外预应力混凝土梁斜截面抗剪性能的影响。在试验过程中观测裂缝的发展,记录体外束应力增量、挠度发展规律、接缝张开情况和破坏形态。试验结果表明：体外预应力预制节段干接缝混凝土梁在键齿处容易产生裂缝;剪跨比是影响节段梁和整体梁抗剪承载力的主要因素,随着剪跨比增大,节段梁和整体梁的抗剪承载力明显降低;在剪跨比小于或等于2.0时,预制节段干接缝体外预应力混凝土梁的抗剪承载力小于相应的整体式混凝土梁的抗剪承载力;根据节段式混凝土梁的接缝是否张开,节段式混凝土梁的受力过程可划分为接缝张开前、后2个阶段;在接缝张开前,节段式混凝土梁的力学行为与整体式混凝土梁的无异;接缝张开前、后,节段式混凝土梁的力学行为发生改变;接缝是控制梁抗剪承载力的主要因素,但接缝数量对节段式混凝土梁抗剪承载力的影响不显著。     

预制拼装桥梁接缝插筋对局部剪切性能影响

接缝是节段预制拼装桥梁的薄弱部位,改善接缝的局部抗剪性能具有重要意义。本文针对插筋对接缝局部剪切性能影响进行研究,通过与无插筋接缝对比,证明了插筋对接缝局部抗剪承载力和延性性能有一定贡献。在理论分析基础上,本文给出了插筋接缝局部剪切承载力计算公式。     

节段预制拼装箱梁键齿胶接缝受力行为分析

为探究键齿形式、深度、连接方式对节段预制UHPC拼装梁接缝抗剪特性及破坏形式的影响,以某一级公路大桥引桥工程为依托,制作不同类型键齿接缝试件开展荷载实验,分析受力行为及破坏模式,结果表明,键齿形式对接缝承载能力与破坏形式有较大影响;从抗剪能力看,多键齿与大键齿优于单键齿,无键齿与单键齿相当;静力荷载下,单键齿、双键齿、三键齿为接缝滑移破坏,大键齿为键齿剪切破坏;瞬时冲击荷载下,以局部剪切失效破坏为主;胶接缝的承载与抗变形能力显著优于平接缝;键齿深度对接缝的影响较小。     

UHPC节段预制拼装桥梁断面设计及预应力体系研究

超高性能混凝土(简称UHPC)以自身超高的强度、韧性、耐久性等特点，提高了建造超大跨径、超长寿命桥梁的可能性，开创了“细、薄、巧、轻”的混凝土结构，彻底告别了“肥梁胖柱”。境内外对UHPC在节段预制拼装桥梁工程中的应用研究尚处试验阶段，未进入全面应用阶段，UHPC在节段预制拼装桥梁中的应用研究方兴未艾。通过TDV和MIDAS结构计算软件对境内某40 m跨径节段预制拼装PC简支梁进行UHPC应用设计，优化断面几何尺寸、预应力体系布置、转向细部构造设计。与原设计相比，混凝土用量减少1/3,截面更纤薄美观；全桥采用体外预应力体系，预应力数量为原设计的28.6%;结构受力性能达到设计要求。在细部结构设计方面采用大尺寸剪力键、加劲肋类型转向块，便于节段安装和预应力转向。研究成果可为UHPC在节段预制拼装桥梁中的应用提供参考。     

预制节段混凝土桥梁的设计与工程实践

本文论述了预制节段逐跨拼装桥梁的发展、施工特点及节段梁的预制方法等。并结合上海市新浏河大桥工程重点介绍了预制节段梁的设计特点 ,采用架桥机实现逐跨拼装的施工方法、预应力新材料新工艺的应用 ,以及预制节段梁主要试验成果分析     

预制节段式倒T形盖梁干接缝截面抗剪性能研究

为了更准确分析预制拼装盖梁干接缝截面的抗剪性能,以城市高架桥倒T形盖梁为对象建立分析模型,探讨了压应力、剪力键宽度与数量等因素对干接缝截面抗剪承载力的影响规律;基于此建立了抗剪承载力计算公式,并进行了数值验证与对比分析。结果表明:剪力键的抗剪承载力随着压应力增大而提高,且与剪力键宽度成正比关系,而剪力键数量的增加会导致剪力键受力不均匀;当剪力键发生破坏时,需考虑平接触面的分离效应;该文推导的计算公式可以较合理地反映各主要因素对接缝截面抗剪承载力的影响规律,更适用于跨高比较小的倒T形预制拼装盖梁。     

大跨度节段预制悬臂拼装桥施工过程受力研究

以郑州西四环主线桥为工程背景,结合国内外研究成果,针对节段拼装桥梁的力学性能进行研究分析,利用有限元软件Midas Civil建立大跨度节段预制悬臂拼装梁桥全桥有限元模型,计算分析桥梁静力学性能,通过对节段拼装梁桥进行受力分析,得出背景工程桥梁在不同荷载组合工况作用下受力合理,满足规范要求,研究结论可为同类桥梁结构计算提供参考.     

直接基于位移的预制拼装墩柱抗震设计

基于性能的设计是桥梁抗震设计未来的发展方向之一,而基于位移的抗震设计方法是实现基于性能设计的最佳途径。预制拼装预应力混凝土桥墩的受力特性与普通钢筋混凝土现场浇筑桥墩的受力特性有较大区别,为了实现中高烈度区桥梁快速化施工建造,对基于位移的预制拼装预应力混凝土桥墩抗震设计方法进行研究。基于节点弯矩-曲率分析和非弹性位移反应谱,提出基于位移的预制拼装桥墩设计方法。首先根据基于性能的设计思想,结合预制拼装桥墩的受力特点,确定5个性能水平和对应的工程需求参数;然后推导塑性转动从接缝张开算起的目标位移的计算方法;提出单柱式预制拼装桥墩直接基于位移的抗震设计步骤,对该种旗帜形滞回响应结构的等效黏滞阻尼、非弹性位移反应谱、设计水平力、弹性开裂刚度等内容进行研究。以某拟静力往复加载试验预制拼装桥墩为例进行直接基于位移的设计,并进行纤维模型非线性地震时程分析,比较两者结果,验证所提方法的正确性。     

体外预应力混凝土梁接缝剪切性能及影响因素分析

接缝作为节段施工体外预应力混凝土桥梁的关键构造,也是施工薄弱环节,其力学性能直接影响桥梁整体的承载能力。依托广州市"体外预应力节段施工新技术研究"科技计划项目,以广州地铁4号线节段施工体外预应力混凝土梁为参照,采用ANSYS有限元程序建立梁的非线性数值分析和对比模型,分析节段施工体外预应力混凝土梁接缝处的剪切性能及其影响因素,得出模型梁干接缝直接剪切模式下的受力分布规律,以及接缝构造类型、混凝土强度和接缝界面的粗糙程度等对体外预应力混凝土梁剪切性能的影响程度,供工程实践参考。     

节段梁预制拼装期间收缩徐变及预应力损失分析

体外预应力混凝土节段梁以其独特的结构体系和可预制装配的施工特点,在跨江跨海、城市等建设环境中有较大的优势。但在节段梁预制拼装期间由于存在收缩、徐变及施工偏差等因素,容易引起节段梁施工控制的精度问题,现行规范有关混凝土收缩、徐变及预应力损失多以试验室模型试验结果为依据确定。该文结合五峰山长江大桥引桥节段梁预制拼装案例,建立全桥有限元模型和节段梁模型,分析节段梁在存梁期收缩、徐变的不同模拟方式并进行对比,给出实际条件下存梁对节段梁应变的影响,分析节段梁拼装期间预应力等参数的影响模式,最终提出混凝土节段梁过程控制模拟建议。     

纤维高强混凝土干接缝剪切性能试验研究

节段预制匹配梁混凝土干接缝键齿受力后易沿键齿根部产生斜裂缝，并发生沿键齿根部脱落的脆性破坏，在混凝土中掺加纤维可改善干接缝剪力键受力性能。考虑纤维长度、纤维形状、纤维种类及纤维体积率4种影响因素，制作了4组9对干接缝剪力键试件进行直剪试验，得到了以上4个因素对纤维高强混凝土干接缝剪切行为和抗剪强度的影响规律。结果表明：与未掺加纤维的高强混凝土相比，纤维高强混凝土干接缝的开裂剪应力、极限剪应力和延性均有所提高，开裂剪应力平均提高了48.1%，极限剪应力提高了26.0%，延性指标提高了24.4%；在一定范围内，纤维高强混凝土干接缝的极限剪应力随着纤维长度的增长和纤维体积率的增大而增大；纤维混凝土可以增强干接缝的极限剪应力，端钩型纤维对干接缝极限剪应力提升的效果明显大于波浪型和平直型；同时，归纳了既有干接缝承载力计算公式，利用既有试验数据对不同公式的承载力计算值进行了对比分析，发现各公式对试件承载力的预测值与侧向预压应力有关，其中Rombach公式计算值与试验值吻合最好，但离散度较大。试验结果可为今后纤维高强混凝土干接缝剪切行为和抗剪强度的研究提供数据支持。     

节段预制桥梁胶接缝配筋剪力键剪切性能试验

针对节段预制桥梁胶接缝设计普遍采用剪力键作为连接形式,制作3组共计16个匹配预制的胶接缝剪力键试件,考虑剪力键键齿齿目、键齿配筋形式以及是否配有体内束3种因素,进行直剪试验研究,以得到这些因素对胶接缝的开裂荷载、极限荷载、变形、裂缝开展模式以及最终的破坏模式的影响规律。研究结果表明：与素混凝土键齿胶接缝相比,三键齿配筋的胶接缝剪力键抗剪承载力平均提高4.52%,双键齿配筋胶接缝剪力键抗剪承载力平均提高8.73%,而布置体内束的胶接缝剪力键的抗剪承载能力提高率能达到18.6%,远大于键齿配筋;剪力键键齿配筋和布置体内束可以明显提高剪力键破坏时的延性,降低开裂荷载与极限荷载的比值,改变开裂形式;键齿处配筋使得剪力键的破坏形式从原来的素混凝土键齿根部脆性破坏变为键齿配筋处的保护层脱落破坏;布置体内束,键齿中的裂缝增多,尤其是斜裂缝发展更加充分和密集。为了方便预测胶接缝剪力键的抗剪承载能力,根据胶接缝的传力机理,依据莫尔-库仑摩擦破坏准则,并结合AASHTO规范与Buyukozturk的试验研究成果,提出了预测胶接缝配筋剪力键直剪承载力的抗剪承载力计算公式,同时将分析结果与试验结果进行对比,吻合良好。     

预制节段拼装独柱桥墩拟静力试验研究

为研究节段预制拼装桥墩受力性能及抗震性能,对4个缩尺比为1∶2.5的独柱桥墩模型进行了拟静力试验,对比分析了不同连接构造对预制拼装桥墩受力性能的影响。研究结果表明:在低周往复荷载作用下,锥套+纤维混凝土连接模型的极限承载力、耗能能力以及结构延性等性能均优于现浇桥墩模型及UHPC+主筋搭接模型。     

预制NC板现浇UHPC接缝的抗弯性能有限元分析研究

预制拼装混凝土结构已经成为我国最为广泛使用的一种结构形式,但现有的普通混凝土(NC)湿接缝处发生大量病害。其根本原因在于接缝材料的力学性能较差,加之现浇接缝混凝土与原有混凝土界面粘接强度不高,而超高性能混凝土(UHPC)有优异的力学性能且与原有混凝土的界面粘接强度较高。因此,预制拼装混凝土结构中现浇UHPC接缝已被大量应用。目前不同的UHPC接缝构造型式对预制拼装混凝土结构的抗弯性能具体影响研究很少,设计5组常见接缝构造型式,并使用有限元分析软件Abaqus分析不同接缝型式有限元模型的受力特点,与试验结果比较验证。结果表明:有限元分析较好地符合试验结果;不同接缝构造型式的接缝板抗弯拉性能都优于完整NC板,UHPC接缝并未影响模型的力学性能;凿孔、密配筋接缝型式能较大地提高接缝板抗弯拉性能,楔形接缝型式与菱形接缝型式次之,矩形接缝型式效果最差。