在役预应力混凝土桥梁预应力检测技术——现状、技术难点与展望

随着我国桥梁建设的突飞猛进,占75%以上的预应力混凝土桥梁的预应力损失病害问题日益突出。本文通过对在役预应力混凝土桥梁预应力无损检测技术和局部破损检测技术现状的研究分析,指出当前在役预应力混凝土桥梁预应力检测技术存在的技术难点,提出采用部分区域局部破损检测和大范围无损检测相结合的方法提高对在役预应力混凝土桥梁持久应力的测试精度,并建议通过在预应力钢筋中埋设智能传感器对在役预应力混凝土桥梁的持久应力进行长期监测。     

在役公路钢桥剩余疲劳寿命评估方法研究

从在役公路钢桥剩余疲劳寿命研究的必要性出发,对公路钢桥的剩余疲劳寿命的现状进行阐述,结合钢桥疲劳强度的计算方法,总结了目前对于在役公路钢桥剩余疲劳寿命的评估方法,结合相关研究者的研究内容提出了钢桥剩余疲劳寿命系统的建立一般流程,并且详细介绍评估钢桥剩余疲劳寿命时建立模型相关细节,旨在给与在役公路钢桥的剩余疲劳寿命相关的研究者以及相关施工、设计、养护人员提供参考。     

基于有限元方法的复合钢混凝土桥梁热点应力分析研究

通过建立复合钢混凝土疲劳危险部位焊接构件的三维有限元模型,围绕桥梁交通荷载作用下局部热点应力和疲劳损伤累积进行分析,获得合适的在役钢-混凝土桥梁关键焊接构件的疲劳损伤评价方法。研究结果表明:采用大桥有限元模型进行动力特性分析,模型计算固有频率和实测值最大误差在10%以内,计算的动力特性和设计测试阶段特性相符;钢混凝土桥梁纵向加劲桁架细节热点应力区域出现在上下弦杆与对角撑、盖板连接处,与焊缝构件最大疲劳损伤位置一致,主梁框架热应力出现在靠近公路外侧梁腹板连接处;通过线性米勒准则获得的疲劳损伤累积呈线性变化,在高周疲劳损伤初期损伤率增长较慢,后期较快,适用于在役结构疲劳寿命评价。     

致损荷载信息缺失在役钢桥的疲劳损伤状态重构方法

大多数在役钢桥的致损荷载信息缺失,根据不完备监测检测信息重构结构的疲劳损伤状态,是确保结构服役安全的基本前提。基于部分疲劳开裂信息反向重建等效致损荷载信息,提出了致损荷载信息缺失条件下的在役钢桥疲劳损伤状态重构方法。首先通过线性损伤累积理论和等效结构应力评估方法计算不同荷载工况下的疲劳敏感构造细节疲劳损伤累积;以钢桥服役期间疲劳损伤监测检测获得的疲劳裂纹检测结果为约束条件,将荷载工况的线性组合作为等效荷载历程,实现了在役钢桥结构的疲劳损伤状态重构;通过模型试验对所提出的疲劳损伤状态重构方法进行了验证。研究结果表明:基于疲劳裂纹损伤信息,在致损荷载信息缺失条件下重构得到的疲劳敏感构造细节损伤状态重构结果与试验结果吻合,证明了致损荷载信息缺失条件下实现疲劳损伤状态重构的可行性和所提出方法的有效性,为在役钢桥的实际疲劳损伤状态评估提供了新思路和新方法。     

基于断裂力学的铆接钢桥疲劳寿命研究

在役钢桥的疲劳问题日益突出,传统疲劳分析方法的准确性依赖于桥梁受载历史,交通量不断变化使得受载历史不易获取,而断裂力学分析方法则可以避开这一难题。基于断裂力学原理,研究铆接钢桥的疲劳寿命,并将断裂力学分析方法应用于重庆某铆接钢桥疲劳寿命的计算。     

在役预应力混凝土桥梁缺损状况的检测及评价技术研究

基于近年来大量的相关研究文献和资料,对预应力混凝土桥梁缺损状况的表现形式、检测技术和评价方法作概括性的介绍,并阐述研究思路或研究方法的框图模型。最后,指出在役预应力混凝土桥梁缺损状况检测及评价技术进一步研究的方向。     

桥梁预应力加固混凝土空心板冻融疲劳试验检测研究

桥梁加固预应力混凝土空心板试验模型设计,桥梁预应力加固混凝土空心试验板冻融试验检测,循环冻融作用下桥梁加固板疲劳性征试验检测。基于粘敷碳纤维布以及粘敷钢板的加固方法,对桥梁疲劳损伤预应力试验空心板,开展循环冻融作用下的模拟构筑件疲劳性征试验检测,以为同类桥梁工程设计及施工应用提供必要技术参考。     

使混凝土和钢桥长寿的涂抹材料

降低桥梁寿命的最大的原因,是雨水、道路撒水、喷防冻结剂产生的冻解水和水影响造成的材料劣化。混凝土桥寿命降低的原因是由于水渗人造成的钢筋、PC钢棒锈蚀;涂层劣化造成的钢材锈蚀使钢桥寿命降低。桥面铺设寿命降低的原因是由于防水层劣化、桥面积水造成的铺设损伤。该文对优于通用的混凝土保护材料及在钢桥的钢床中使用的涂层系列防水材料进行了论述。     

基于层次分析法和模糊评判的预应力混凝土桥梁承载力评估

针对预应力混凝土桥梁的特点建立承载能力评判结构模型,对桥梁各部件的材料损伤程度进行模糊分级,利用层次分析法确定各层权重,进而通过模糊综合评判确定在役桥梁的承载能力状况。该评定方法能够较好地反映在役预应力混凝土桥梁的承载力状态,改进了承载能力评判结构模型,优化了旧桥承载能力综合评估,本文通过工程实例分析对此进行了很好的验证。     

连续刚构桥承载能力鉴定中部分关键参数的检测与分析

以某高速公路上2座连续刚构桥梁为例,对影响其承载能力鉴定的部分关键参数:结构外观病害、混凝土强度、主梁下挠、预应力损失、荷载试验等的测试方法及其结果进行阐述和对比分析,结果表明:1)对建成时间较短或未投入运营的连续刚构桥梁,不能仅凭外观检测结果判定其技术状况; 2)可依据连续刚构桥主梁下挠值估算其预应力损失并作为承载能力检算的关键参数; 3)检算时,混凝土强度的取值需依据桥梁具体技术状况和强度实测结果,采取最适宜的方法; 4)连续刚构桥梁的表观和强度缺陷以及预应力损失通常不能在桥梁静动载试验结果中直接体现,其承载能力需结合外观、强度、主梁下挠值等检测结果以及结构检算结果进行综合判定。     

桥梁全寿命成本初步分析

近年来,土木工程全寿命设计理念越来越受到国内外关注,美国已经强制实施基建工程管理“全寿命经济分析法”,我国目前正值桥梁建设的高峰期,在桥梁设计中更应综合考虑建设成本、后期的养护维修等长期综合成本,处理好桥梁建设项目中短期效益与长期效益的关系。通过建立费用模型,考虑桥梁在100年的寿命期内所需要的投资费用,包括初期投资和维护、检测、加固、维修、上漆费用等,进行了确定性的成本计算,结果表明:后续的费用占全寿命期费用的比例很大,同时计算了现值;预应力混凝土桥梁和钢桥在初始投资相同的条件下,比较全寿命费用,发现预应力混凝土桥梁可以大大节约投资。模型的费用比例是非常重要的因素,有必要继续进行概率性分析。     

德国旧钢桥评估

由于不可能在短时间内替换所有旧钢桥,因此在德国,旧钢桥的评估就变得越来越重要。介绍德国旧钢桥模拟方面的一些经验,解释了公路钢桥疲劳寿命计算的一般方法和德国铁路公司提出的计算铁路钢桥疲劳寿命的新标准方法。通过对几座公路桥梁和铁路桥梁的评估,解释了旧钢桥评估方面的一些典型的问题。     

预应力混凝土连续梁桥有限元数值模拟及设计探讨

通过有限元软件来模拟不同工况下预应力混凝土连续梁桥的疲劳特性。工况1为通过调查统计获得的桥梁运营中实际车辆荷载谱,工况2利用MATLAB生成服从正态分布的车辆荷载,利用ANSYS软件的后处理程序将服从正态分布荷载下的梁桥时间历程瞬态动力来判断梁桥的疲劳特性。研究结果表明:工况2下危险截面材料疲劳寿命低于工况1,危险部位损伤度符合正态分布;预应力混凝土连续梁桥跨中循环次数最多,该位置混凝土正截面承受最大的压应力,造成疲劳损伤最大,桥梁疲劳寿命周期主要取决于混凝土。基于正态分布下的随机车辆荷载谱在预应力混凝土连续梁桥的疲劳分析中更符合实际工况。     

在役桥梁混凝土桩基安全性评价方法

针对目前在役桥梁混凝土桩基使用安全性暂无可靠的评价方法,以某座预应力混凝土连续梁桥成桥后桩基安全性评定为背景,通过疑问桩基与完好桩基的对比试验,对疑问桩基与完好桩基的桩顶变位、桩基支撑刚度、抗推刚度及墩柱动力特性等敏感力学参数进行了讨论,提出一种成桥状态下桩基安全性评价的实用技术.经实桥试验对比分析证明,文中所提结构简化模型可行,评定方法快捷、可靠,为进一步开展在役桥梁桩基安全性评定的研究奠定了基础,并可供成桥状态下的桩基安全性检测评定借鉴.     

定侧压混凝土双轴拉-压疲劳累积损伤试验研究

在对有限预应力混凝土桥梁结构进行损伤分析与剩余寿命估算时,为了解混凝土在双轴波动拉-压应力作用下的疲劳强度和损伤特性,通过室内小尺寸的变截面棱柱体试件的双轴疲劳试验,得到了定侧压下混凝土等幅和变幅重复荷载作用下的轴心拉-压疲劳方程和疲劳变形特性。由等幅疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了相应的损伤演化方程;依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳损伤模型。研究表明:极限疲劳割线模量衰减率可作为混凝土发生拉-压疲劳破坏的标志;用规范化的疲劳变形模量定义损伤变量,建立的损伤累积模型,用于疲劳损伤分析和剩余寿命预测时具有较高的精度。     

在役PC桥梁承载力可靠度评估

为了评估承载能力极限状态下在役预应力混凝土桥梁的可靠度,建立在役预应力混凝土桥梁构件的受剪、受弯抗力概率模型,建立了恒载、汽车荷载效应概率模型。结合在役桥梁构件基于可靠度指标的分级原则,对一座服役23年的预应力混凝土梁桥进行可靠度评估,评定的桥梁等级与规范评定结果一致。本文方法可为在役预应力混凝土桥梁的可靠度评估提供参考。     

基于检测参数的损伤箱梁性能评价方法

针对目前损伤箱梁的评价方法的缺陷性,以大跨径预应力混凝土箱梁桥上部结构为研究对象,结合箱梁外观检测中的常见病害,从5个损伤元素中确定了13个评价指标,通过层次分析法建立了损伤评估模型,基于专家打分法来确定各指标的初始权重;然后构造关联函数计算损伤指标实测值与各等级的关联度,并将其作为桥梁定量评价的基本参数;通过剥离法进行权重修正,最后应用该评价方法对某大桥的性能评价并与规范法进行了对比分析,结果表明本文所提出的评价方法具有一定的可行性,研究结果为基于外观检测元素的箱梁量化分析评价提供依据。     

预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法研究

基于疲劳损伤累积理论,提出一种预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法。首先,分析预应力混凝土箱梁桥腹板受力特性,建立腹板与顶板早期开裂及腹板疲劳破坏准则;然后,通过箱梁桥局部平面有限元模型计算横向效应下混凝土及箍筋应力,基于混凝土S-N曲线分析混凝土疲劳开裂,引入裂缝影响系数对箍筋应力进行修正,基于全桥杆系有限元模型及变角度桁架模型计算仅考虑面内剪力作用下箍筋应力,两者叠加得到空间效应下箍筋应力历程,以雨流计数法获取箍筋应力谱,并基于疲劳损伤累积理论对箍筋进行疲劳寿命评估;最后,对一实例分析,同时分析箱梁横向效应、裂缝深度等对箍筋应力及疲劳寿命的影响。结果表明:当裂缝深度达到腹板保护层厚度时,箱梁横向效应对桥梁腹板寿命影响较大,可使其发生疲劳破坏。     

先张法预应力混凝土空心板过火后损伤评估

随着我国桥梁业的发展,桥梁遭受火灾的数量也在不断增多,为了研究火灾作用后先张法预应力混凝土空心板的实际损伤,以某省一座经历火灾后中小跨径预应力混凝土空心板梁为工程背景,对进行外观、特殊检测,推定火灾现场温度,并对单梁剩余承载能力评定。结果表明:火灾温度效应下,混凝土会发生爆裂、剥落,严重降低结构有效截面面积,造成混凝土强度、钢绞线强度及有效预应力下降;据火源中心越近碳化深度越大,但是对于混凝土爆裂区并不成立,即碳化深度不适用于评价火灾中发生混凝土剥落的构件;混凝土梁桥过火后需使用适当工具对其锤击检查,以便及时发现内部爆裂区域。     

基于径向基网络的钢管混凝土拱桥安全性评价方法

以全桥安全性评价为总体目标,在以往桥梁安全性评价方法的基础上,引入人工神经网络理论,并结合层次分析法,提出了基于径向基网络的钢管混凝土拱桥安全性评价方法.从影响钢管混凝土拱桥安全性的承载能力、承重构件损伤以及外观损伤等3个主要方面进行考虑,分别建立RBF神经网络安全性评价模型,采用现场实测数据评价结果作为神经网络训练和检验样本,对神经网络进行学习训练,获取专家的经验知识和直觉思维,建立高度非线性的输入与输出的映射关系.通过仿真得到桥梁承载能力、承重构件损伤、外观损伤以及成桥状态下最终的安全性信息.以武汉市晴川桥为例进行工程实例分析,分析结果表明,该方法较好地反映了钢管混凝土拱桥结构的安全性状况.