考虑铰缝损伤的装配式空心板梁桥荷载横向分布系数计算方法

为准确计算装配式空心板梁桥铰缝损伤后跨中截面荷载横向分布系数,以5片空心板组成的装配式梁桥为研究对象,基于铰接板梁法,考虑铰缝损伤,提出修正铰接板梁法。基于铰缝损伤的受力特性(铰缝抗剪刚度变小,使铰缝两侧的空心板间产生附加挠度Δwi),引入铰缝刚度分配系数ξi和协同工作系数i,根据相邻板梁在铰缝处竖向相对位移为0的变形条件,推导出铰接力gi正则方程并求解,采用铰接力gi与荷载横向分布影响线竖标值ηij的对应关系,计算荷载横向分布系数。采用该方法计算4×13m简支钢筋混凝土空心板梁桥跨中荷载横向分布系数,并与荷载试验、有限元法及传统铰接板梁法的结果进行对比。结果表明:该方法的计算结果与桥梁荷载试验的结果较相符,验证了该方法的有效性。     

铰缝损伤对于空心板桥横向分布系数的影响分析

空心板梁桥的荷载横向分布情况,是评价梁桥承载能力的重要参数。针对装配式空心板梁桥的铰缝损伤,本文首先介绍了铰接梁法的应用,结合破坏机理得到了铰缝损伤的计算模型,然后结合沈阳至海口国家高速公路汕尾陆丰至深圳龙岗段改扩建工程实例,对于铰缝单处损伤和多处损伤的空心板梁桥进行了模拟分析,发现铰缝损伤对于荷载横向分布的重分布具有较大的影响,研究结果对于未来类似工程提供可资借鉴的经验。     

空心板梁桥铰缝受力特性与破坏模式的试验与理论研究

中国现行空心板梁桥设计方法的核心是铰接板法,该方法在减小计算成本的同时忽略了铰缝的实际受力方式,导致此类桥梁在运营过程中铰缝病害多发。该文将有限元方法和全尺寸模型试验得出的空心板梁桥横向分布结果与现行设计方法采用的铰接板法计算结果进行对比,发现铰接板法在计算空心板梁桥横向分布时存在较大误差,铰缝实际受力方式与设计方法所假设的受力方式有很大区别。最后通过开裂分析和模型破坏试验说明了铰缝开裂的原因。结果表明:铰缝横向受力明显,横向正应力为铰缝开裂的主要原因之一,并非单纯竖向剪力作用。     

型钢-混凝土组合加固装配式空心板梁桥铰缝破坏模式及工作性能研究

为解决装配式空心板梁桥铰缝失效而产生单板受力难题,采用型钢-混凝土组合加固(顶板加固法)装配式空心板梁桥铰缝,以浙江省高速公路某13m装配式空心板梁桥为背景,对加固后铰缝破坏模式及工作性能进行研究。采用有限元软件分别建立铰缝局部(试件)有限元模型和空心板梁整体有限元模型,分析破坏状态下铰缝试件的应力特性和裂缝发展情况,计算跨中偏载作用下空心板梁的挠度特性、应力特性以及荷载横向分布系数变化规律。结果表明:型钢-混凝土组合加固能改变铰缝的传力方式,加固后铰缝破坏模式由弯剪破坏变为弯曲破坏;型钢-混凝土组合加固能显著改善铰缝的工作性能,提高空心板梁桥的承载能力以及加载刚度,促进多片板梁的协调变形,有效减小加载区域板梁与邻近板梁的荷载横向分布系数差异,避免出现单板受力;加固后的装配式空心板梁桥荷载横向分布系数理论计算建议采用刚接板梁法。     

大铰缝空心板梁铰缝受力特点分析和配筋优化

空心板梁桥是我国应用最为广泛的桥型之一,但是在使用过程中出现一系列病害,以铰缝病害最为突出。现阶段空心板梁桥横向计算采用铰接板理论,认为铰缝只传递剪力不传递弯矩。实际大铰缝空心板梁桥横向既有剪力又有弯矩,计算理论需要改进。利用ANSYS对铰缝各个控制截面受力进行分析,验证了铰缝横向受到很大弯矩,现有设计不能满足要求;提出了铰缝的配筋优化方法,并利用欧洲规范中关于新老混凝土截面承载力计算方法,对铰缝进行纵横向抗弯强度、接触面抗压剪强度进行了验算,表明设计满足承载力要求,达到了优化的目的。     

空心板梁桥单板受力数值分析及判定准则研究

针对空心板梁桥铰缝破坏导致桥梁出现单板受力的现象,运用MIDAS/FEA建立有限元模型,分析铰缝开裂对桥梁跨中截面荷载横向分布的影响,并通过数据回归分析得到加载板的荷载横向分布系数随铰缝开裂长度的变化,采用等效面积法得到桥梁出现单板受力时铰缝开裂长度临界值,为空心板梁桥日常养护检查中定量判定单板受力问题提供依据。     

压浆修复桥梁铰缝技术模型试验与分析

针对桥梁铰缝损坏修复,提出压浆修复技术。为研究该技术的可行性,以某跨径8m的钢筋混凝土空心板梁桥为原型,设计并制作该桥1／4缩尺模型,进行铰缝完好状态、损坏状态及压浆修复状态下模型试验,测试各工况下结构的位移、应变及横向分布系数。分析试验结果表明：铰缝完好状态时,荷载横向传递较好;铰缝损坏状态时,剪力传递不畅,横向分布系数极不均匀,呈跳跃性变化,在偏载工况下表现出严重的单板受力现象;压浆修复状态时,各板跨中荷载～位移、荷载～应变曲线恢复到铰缝完好状态下的水平,横向分布系数实测值与铰缝完好状态实测值及理论值相近,说明该压浆修复技术能够有效地恢复桥梁损伤铰缝的剪力横向传递能力。     

基于静力模型修正的装配式T梁桥荷载横向分布计算

为了准确计算装配式T梁桥发生损伤情况下的荷载横向分布状况,并准确评估桥梁损伤情况,在铰接板(梁)法的基础上,提出了一种基于模型修正理论的桥梁荷载横向分布计算方法。首先建立了一个同时考虑主梁和铰缝损伤的简化模型。以主梁刚度K_k和铰缝刚度K_q作为待修正参数,定义相应的刚度折减系数η_k和η_q,再以结构静力响应构造目标函数,并通过L-M法和G-N法相结合的方法对目标函数进行优化,得到桥梁损伤状况下的刚度折减系数。根据修正后的刚度参数,计算出考虑主梁和铰缝损伤的荷载横向分布系数。以一座在役15 a的装配式T梁桥为算例验证了所提出方法的准确性。算例以出现破损的3片主梁和2道铰缝的刚度为修正参数,以主梁计算挠度与实测挠度的残差为目标函数,通过不断修正损伤模型刚度参数来反映桥梁构件的实际服役状态。计算结果表明:此方法能够快捷地识别出结构损伤对主梁和铰缝刚度的影响程度;模型修正后的主梁挠度及荷载横向分布计算值均与实测值吻合良好,而在模型未修正前的计算值与实测值差异较大;本研究方法能够较好地适用于装配式铰接T梁桥及板桥损伤后的刚度参数识别和荷载横向分布计算,而初始未考虑损伤的计算模型已经不再适用于该类桥的荷载效应计算。     

空心板梁桥铰缝破坏机理精细化有限元分析

空心板梁桥在我国中小跨径桥梁中是一种得到广泛应用的桥梁形式,铰缝病害普遍出现在空心板梁桥的运营过程中,为了更好地对空心板梁桥进行养护加固,需要透彻研究铰缝的破坏机理。首先介绍了我国现行空心板梁桥的设计方法,然后利用ANSYS大型有限元分析软件建立精细化有限元模型对比铰接板法分析横向分布差异,最后研究空心板铰缝的横向正应力和纵向正应力应力分布情况,得出铰缝的实际受力状态,病害产生的原因,对今后的空心板梁桥的实际养护加固具有工程指导意义。     

装配式混凝土空心板梁桥单板受力问题的数值解析

借助空间有限元分析软件ABAQUS,分析了装配式空心板梁桥铰缝开裂对桥梁跨中截面荷载横向分布的影响,分析了单侧铰缝开裂、双侧铰缝同时开裂的情况,通过数据回归分析得到了跨中截面荷载横向分布系数随铰缝开裂长度变化的规律,采用等效面积法得到了出现单板受力现象的铰缝开裂临界长度值,分析得出了以下结论:对于单侧铰缝开裂情况,建议临界铰缝长度定为1.0L;对于双侧铰缝开裂情况,建议临界铰缝开裂长度约为0.67L。该研究成果为养护检查中定量化判定"单板受力"问题提供了技术依据,同时也为装配式混凝土空心板梁桥横向整体性加固试验研究提供了理论参考。     

横向预应力加固空心板梁桥实例分析

针对装配式预应力混凝土空心板梁桥常见病害,如铰缝破坏、挠度过大等问题,以一座病害空心板梁桥背景,分析采用施加横向体外预应力的加固效果,简述该技术在该桥中的应用。为检验加固效果,在该桥加固前、后开展了静载试验。结果表明,该桥经横向体外预应力加固后主梁应变平均降低17%,挠度平均降低了18%以上,桥梁刚度和横向整体性得到改善;加固后主梁横向分布系数较加固前更加平滑,表明通过横向预应力加固可以改善病害空心板梁桥的荷载横向分布,该技术能有效解决"单板受力"问题,能起到有效的加固增强作用。     

横向加固空心板梁桥荷载横向分布计算方法与试验研究

为简化横向预应力加固后小铰缝空心板梁桥荷载横向分布系数的计算,针对其加固特点,将加固后的空心板梁桥比拟为正交异性板,并通过纵、横向刚度计算的假设,提出修正的G-M法预测并分析此类加固后桥梁的荷载横向分布;同时分别以2座典型空心板桥为背景,利用所提出的修正G-M法和有限元数值法分别进行分析,并与静载试验数据相对比.结果表明:所提出的修正G-M法计算的荷载横向分布系数与有限元法所得结果平均相对误差在6％以内,与试验值相符;对边梁的计算结果,修正G-M法较试验值大3.9％,有一定安全储备;所提出的修正G-M法合理、可行,可作为计算该类桥梁加固后荷载横向分布的一种简化方法.     

装配式简支空心板梁桥体外横向预应力加固效果分析

为了修复装配式简支空心板梁桥的铰缝病害,采用体外横向预应力对其进行加固,通过有限元模拟计算以及静载试验对加固效果进行了分析评估,结果表明:体外横向预应力有效改善了空心板梁桥的荷载横向分布,增强了板间的横向联系,铰缝病害得到修复,可为类似桥梁的维修、加固提供借鉴.     

空心板铰缝病害分析及其技术改造

铰缝在预制装配式钢筋混凝土空心板梁的横向连接中具有重要作用,同时铰缝也是装配式板梁桥的薄弱环节,铰缝的易损性对桥梁的安全性和耐久性产生了不容忽视的影响。针对空心板铰缝损坏,上部结构单板受力等典型病害,以某装配式钢筋混凝土空心板梁桥为例,从构造设计,损坏修补,材料选取,防腐养护,施工运营等方面对其进行技术改造,提出了一系列治理措施。使具有铰缝病害的桥梁整体性得到了较大提高,整体刚度也得到了较大恢复。为关于装配式空心板梁桥铰缝病害的维修加固设计、施工等工作提供技术支撑和参考。     

既有拼宽T梁桥连接方式优化研究

为确保长期运营拼宽桥的安全,以国道G355线流溪河大桥改造工程为背景,基于该桥病害分布情况和荷载横向分布系数,研究既有拼宽T梁桥连接方式优化方法。提出一种针对长期运营拼宽桥的铰改刚连接方式,即将铰接连接调整为刚性连接并优化横向联系,采用桥梁博士和MIDAS Civil对优化前、后桥梁荷载横向分布系数及内力进行计算。结果表明:病害分布集中程度和荷载横向分布系数大小存在显著对应关系,拼宽连接区域相对较高的荷载横向分布系数导致该区域病害最为集中;该优化方法可显著减小拼宽连接区域主梁荷载横向分布系数峰值及跨中弯矩;铰改刚优化方法应用过程中应注意严选混凝土种类,保障良好施工和养护条件。实际工程应用效果证明了该法在工程实践中具有一定的适用性。     

空心板梁桥深铰缝受力性能研究

建立全桥空间有限元模型,对空心板梁桥深铰缝空间受力性能与破坏机理进行理论分析.采用现行规范标准车与旧规范重车荷载分别进行最不利布载进行分析.分析结果表明:标准车辆数与重车荷载产生的应力分布规律相同,铰缝受力模式为上缘受压,下缘受拉;在纵桥向应力过渡较均匀,单辆标准车纵向最大拉应力为0.7 MPa,横向最大拉应力2.2 MPa,说明深铰缝横向受弯效应显著;以影响面加载计算得到横向效应最大弯矩值为30.58 kN·m,竖向剪力最大值为40 kN,远小于开裂后的剩余抗剪承载力,在底部横向钢筋可靠连接下,铰缝不会出现抗剪破坏;为避免底部横向钢筋断裂后铰缝抗剪钢筋不足,提出了一种预埋交叉钢筋的优化方案.     

基于有限元的既有空心板桥铰缝失效影响分析

铰缝失效是既有空心板桥常见的病害。为了分析铰缝失效对既有空心板桥的性能影响,结合某既有空心板桥,从铰缝不完全失效、铰缝完全失效及不同位置铰缝破坏方面分析了铰缝失效病害对该桥荷载横向分布系数的影响。结果表明:铰缝破坏对桥梁上部结构的横向联系具有削减的作用,随着铰缝破坏的发展,单板受力的效应趋于明显;某一道铰缝完全失效,其相邻的几块空心板荷载横向分布系数明显增大,距离其较远的空心板受其影响较小。     

装配式板梁铰缝损伤识别模型的研究

铰缝损伤识别对评价空心板梁桥实际承载能力具有重要意义,提出了一个铰缝损伤系数βi来评价铰缝损伤,通过测量在正常通行荷载作用下一段时间内铰缝相对位移的最大/最小值和板梁跨中挠度最大值,对位移值采用协方差分析得到铰缝损伤系数βi。该系数不仅能同时考虑铰缝和板梁损伤,而且定量评价铰缝损伤程度。铰缝损伤系数βi可将铰缝状态划评定为完好、损坏和破坏等3种状态,三者之间的界限值分别为1和3。通过一座实桥荷载试验,验证识别模型判断铰缝损伤方便可靠。     

预应力混凝土空心板桥横向体外预应力加固方法

针对预应力混凝土空心板梁桥存在的病害,采用施加横向体外预应力筋进行加固。以某装配式空心板梁桥为背景,建立板梁桥加固前、后三维空间有限元模型。通过分析桥梁跨中截面铰缝处混凝土应力值证明采用横向预应力筋加固板梁桥效果显著。     

混凝土空心板梁桥铰缝刚度折减研究

对于混凝土空心板梁桥,铰缝起着关键的横向传力作用,其力学性能的正确处理和模拟对于整个空心板梁桥受力分析有重要影响。利用混凝土抗拉强度随裂缝宽度变化模型和混凝土拉伸刚化模型,建立应力相对值和裂缝宽度相对值等变量,推导了铰缝处开裂混凝土的弹性模量(铰缝刚度)与裂缝宽度相对值之间的具体关系式,并给出了铰缝刚度折减系数的列式,实现了铰缝受力性能的正确模拟。同时,给出了不同强度等级的混凝土、不同缝宽对应的刚度折减系数。通过工程实例分析,表明本文研究的铰缝受力分析方法正确,提出的铰缝刚度折减系数具有一定的工程实用价值,结论可供实际工程参考。