自密实混凝土—预应力加固小箱梁的极限承载力试验研究

以某高速公路特大桥的连续预应力混凝土小箱梁为试验对象,通过对自密实混凝土—预应力加固混凝土箱梁的极限承载力对比试验,研究自密实混凝土—预应力加固方法对此类结构开裂后的加固效果.试验结果表明:加固后小箱梁的极限承载力大幅提高;自密实混凝土与旧混凝土结合紧密,两者变形协调良好.且加固效果良好.     

箱内积水对箱梁的冻害分析及加固方案

预应力混凝土连续箱梁桥洞室内积水冻胀导致桥梁承载力下降,进而缩短桥梁使用寿命,是北方寒冷地区公路桥梁养护维修中发现的主要病害之一。该文以黑龙江大漠石油专用公路某连续箱梁桥为工程背景,依据该桥梁的现场检测结果,对现有病害原因进行了分析,并拟定了加固方案。采用Midas/Civil软件进行全桥模拟分析,通过对加固前后连续箱梁桥极限承载力状态及正常使用极限状态的验算,分析并评定了其加固效果,验证了加固方案的可行性。结果表明:采用更换箱梁顶板、增设箱梁体外预应力筋和增大箱梁截面的综合加固方案对该桥进行加固的效果较为明显,加固后桥梁极限承载能力及正常使用性能可满足设计要求。     

预防斜压破坏的抗剪加固探讨

箱梁具有较大的抗弯抗扭刚度、较好的整体性及连续性等诸多优点,常用于连续梁及连续刚构桥。调查发现该类桥近年来出现开裂、下挠病害较多,其中有效截面尺寸偏小导致腹板出现主应力开裂病害较多,但也有因施工、甚致设计因素导致部分桥梁出现斜截面抗剪极限承载力不足。某预应力混凝土连续箱梁桥,其斜截面抗剪极限承载力不足(不满足规范对截面抗剪下限值的要求,即构造尺寸偏小)需进行加固,本文介绍了该加固工程,包括方案设计阶段的多方案比选,加固设计的计算分析,最后总结加固施工中的关键点,供此类病害桥梁加固借鉴。     

预应力碳纤维板在高速公路小箱梁加固中的应用分析

为了提高小箱梁承载能力及耐久性,应用预应力CFRP(碳纤维增强复合材料)对小箱梁进行加固。首先通过理论计算小箱梁加固前后的承载力进行了对比分析,然后利用现场静载试验成果对设计计算理论的可靠性进行了验证。结果表明:应用预应力CFRP(碳纤维增强复合材料)对小箱梁进行加固,可以显著提高桥梁承载能力,原结构中裂缝宽度变小甚至闭合,达到了预期的加固效果。     

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。     

小半径曲线箱梁非对称增大截面加固分析与试验研究

曲线箱梁桥最主要的受力特点是弯扭耦合作用,其病害特征和加固方法存在显著的特殊性。该文基于曲线梁桥的3个基本方程,对其力学性能和受力特征进行理论分析,采用有限元软件对某曲线箱梁桥进行计算,分析导致该箱梁腹板开裂、内侧支座脱空、外侧支座偏压严重等病害产生的成因,并对加固后的曲梁桥进行试验测试。结果表明:采用非对称增大截面加固方法,增加两侧腹板厚度等加固措施,能显著提高结构的抗剪扭承载能力,结构受力趋于合理。由于加固箱梁新旧混凝土间存在应力叠加和界面滑移,导致增大截面应变小于原箱梁应变,应力有所滞后。桥梁荷载试验表明该加固措施效果良好。     

钢板-混凝土组合加固矩形梁的抗弯性能试验

为了研究不同设计参数与加固构造对钢板-混凝土组合加固梁抗弯性能的影响,对4根钢板-混凝土组合加固矩形钢筋混凝土梁进行了试验研究及数值与理论分析。试件测量内容主要有荷载、挠度、应变、滑移、裂缝的发生以及发展状况等;然后采用有限元软件ANSYS对试验梁加固后的抗弯性能进行了数值模拟,并依据试验梁达到极限抗弯承载能力时的塑性破坏特征,建立了承载力理论简化计算公式。试验结果表明:钢板-混凝土组合加固可显著提高原梁的极限承载力;植筋间距对加固梁的承载力、新老混凝土界面纵向相对滑移具有显著影响,植筋间距越大则承载力越小,且界面出现纵向相对滑移的荷载值越小;剪跨比对试验梁的破坏形态、极限承载力、界面纵向相对滑移、结构延性均具有显著影响。数值与理论分析结果表明:数值模型能较好模拟试验梁发生弯曲破坏时的受力性能,而对界面滑移与剥离破坏的模拟尚存在不足;理论计算值与试验值在塑性弯曲破坏时吻合较好,脆性剥离破坏时相差较大。     

装配式预应力可变桁架体系加固RC短梁抗弯性能试验

针对混凝土箱梁腹板开裂、跨中下挠等问题,提出一种装配式预应力可变桁架加固体系。该体系由可变桁架、预应力筋和固定斜杆组成,可变桁架通过锚杆固定于加固梁两侧,张拉预应力使桁架上顶加固梁产生反拱,以此来消除或减小梁体开裂和下挠等病害,随后用斜杆固定桁架形成劲性骨架,进一步提高加固结构刚度和承载力。首先对该体系进行介绍,然后设计4片钢筋混凝土梁进行抗弯加固试验,对加固效果及影响因素进行分析验证。研究结果表明：提出的体系具有良好的加固效果,能有效抑制和延缓裂缝发展,改善加固梁的刚度和承载能力;此次试验中,加固梁的开裂、屈服以及极限荷载分别提高了107.28%、70.92%、74.55%以上;锚杆直径对承载力影响较小,但粗锚杆能有效约束端锚板滑移,改善结构整体刚度;端锚板对加固效果影响较大,加强型端锚板能充分发挥钢桁架、钢绞线强度特征,提高构件的极限承载能力,尤其能有效改善其延性破坏特征,极限挠度提高60%以上。     

某匝道桥病害分析及加固方法研究

以某匝道钢筋砼现浇连续箱梁桥为例,介绍了该桥现状及病害特征,对其病害形成原因进行初步判定,对上部结构进行承载能力极限状态正截面抗弯强度验算、持久状况正常使用极限状态裂缝宽度与挠度验算和正常使用阶段支座反力验算,依据验算结果提出加固设计方案。     

斜裂纹对混凝土板抗弯承载力影响的试验研究

为了解斜裂纹对混凝土箱梁顶板抗弯承载能力的影响情况,采用局部结构缩尺模型试验方法,制作了长1 117mm、宽600mm、高140mm的箱梁顶板模型,通过弯剪加载实现混凝土箱梁顶板裂纹,对开裂试件进行化学灌浆,将试件分为完好、开裂、修补3种类型进行抗弯承载力试验。通过测试不同类型试件的加载力、位移和混凝土应变,分析斜裂纹对混凝土板的抗弯刚度及承载性能的影响,为该类病害处治提供试验依据。试验结果表明:3种试件竖向加载力与跨中位移、混凝土应变的变化关系基本一致,且极限承载力基本一致,斜裂纹对试件抗弯刚度、内力分布、抗弯极限承载力影响很小;3种试件的斜裂纹两侧未发现试件沿裂纹方向斜向错位现象,试件跨中底面横向开裂,斜裂纹对试件抗弯极限承载力的破坏形态影响很小。对此类病害,在桥面板承载能力验算满足规范要求的前提下,进行耐久性修复即可。     

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。     

砼强度缺陷对小箱梁承载力影响的试验研究

为确定砼强度缺陷对小箱梁承载力的影响,对存在砼强度缺陷的某连续梁桥箱梁进行静载试验,并与理论计算进行对比。理论计算和静载试验结果对比表明,该缺陷对小箱梁的承载能力影响较小,能够满足设计要求。     

钢筋混凝土箱梁顶板横向受力有效分布宽度的塑性分析

为了研究普通钢筋混凝土箱梁行车道板在塑性阶段的横向受力特征,得到箱梁顶板基于塑性理论的横向受力有效分布宽度的取值方法,制作了2个钢筋混凝土箱梁试验模型,对其上的2块顶板进行跨中局部加载并观测混凝土箱梁顶板从开裂到破坏的全过程,得到箱梁顶板的塑性铰线分布形式和极限荷载大小。基于2块顶板的破坏模式提出箱梁顶板的塑性分析模型;基于塑性铰线理论的极限分析推导了钢筋混凝土箱梁顶板在局部荷载作用下的极限荷载和塑性横向受力有效分布宽度的计算公式,并以试验结果验证其适用性;最后将试验结果和理论值与国内外相关桥梁设计规范的取值进行比较。研究结果表明:采用极限平衡法可以较好地确定钢筋混凝土箱梁顶板的极限承载力和塑性横向受力有效分布宽度;提出的简化破坏模式能刻化钢筋混凝土箱梁顶板在塑性阶段的横向受力特征;箱梁顶板在局部荷载作用下进入塑性阶段后,其横向受力有效分布宽度的大小与弹性阶段相比存在明显区别,极限状态下箱梁顶板基于塑性分析的横向受力有效分布宽度约为弹性解的2倍。     

PC箱梁抗扭性能模型试验研究

某特大跨径PC箱梁斜拉桥多根斜拉索断裂导致箱梁受强扭损伤。制作1∶4模型对箱梁进行抗扭性能试验并对其加固后的性能进行研究,以评估主梁是否具备加固条件。基于相似理论对模型梁加载扭矩进行设计,利用Abaqus有限元软件模拟其损伤状态。对0.9倍、1.1倍和1.2倍扭矩作用下的模型梁进行试验,分析不同扭矩作用下的损伤状态;对受损梁加固前后刚度进行对比,最后对加固梁有无体外预应力进行试验,对其加固效果进行评价。结果表明:0.9倍扭矩作用下位移与理论值相吻合,模型梁实际抗扭承载力与理论抗扭承载力接近;锚贴钢板加固能有效地提高损伤梁的抗扭刚度,体外预应力对模型梁扭转刚度也有大幅提高。     

预应力CTRC板加固预载梁弯曲性能的数值研究

对预应力CTRC板加固预载梁的弯曲性能进行了试验和数值模拟研究。根据预载梁的卸载水平和持载水平设置了6个试验工况。试验和数值模拟结果表明,加固梁极限承载力的数值模拟结果与试验结果接近。与未加固的模拟梁相比,加固梁的极限承载力模拟值明显提高,极限承载力模拟值提高的最大比例为74.0%,但卸载水平和持载水平对加固梁的极限承载力影响较小。试验结果和数值模拟结果的对比证明了预应力CTRC板加固预载梁数值模拟的有效性和准确性。     

30m预应力简支箱梁受弯极限承载力仿真分析

由于现阶段的桥梁设计局限于运用线弹性理论,无法客观反映桥梁结构材料的非线性行为,而有限元理论可以很好地处理这类问题。现运用ANSYS有限元软件对一片30 m预应力简支箱梁进行极限承载力仿真分析,对预应力箱梁非线性行为进行了全过程跟踪分析,最终得出预应力箱梁极限承载力。     

预制小箱梁桥的病害分析和加固研究

针对小箱梁的广泛应用前景和工程价值,本文以某桥为工程背景,进行下列研究工作,通过建立ANSYS计算纵向受力是否小于结构的设计承载力;通过对小箱梁进行荷载试验,计算该桥梁的梁底纵向应力和挠度实测值;并对各个加固方法的分析和比较,明确各个加固方案的优点与缺点,最后选择出最合适的方案。     

体外预应力加固RC梁受力性能试验

为了确定合适的张拉控制应力和束高,为体外预应力加固提供合理的参数,制作了7根缩尺试验梁,分别开展了不同张拉控制应力和束高下的体外预应力加固RC梁受力性能、破坏模态和极限承载力的试验研究,测试了荷载、挠度、应变、裂缝的发生以及发展状况等。同时,依据承载力理论计算得到各试验梁的理论承载力,利用ANSYS软件将试验值与计算值进行对比分析。研究结果表明:被加固梁破坏模态与未加固梁类似,均呈现显著的塑性破坏特征,二者破坏前有明显的裂缝发生、发展过程,但持续时间较未加固梁大大增加;增大束高有利于提高梁的承载能力,但束高增大到一定程度后,由于挠度增加导致钢束对梁体二次效应显著,梁体承载能力的增大效应显著削弱;张拉控制应力越大,被加固梁开裂荷载与极限荷载越大,钢绞线应力增量越小,较大的张拉控制应力有利于充分发挥体外预应力加固效应,但当张拉控制应力小到一定程度时,改变张拉控制应力大小对被加固梁承载力几乎无影响;相比于变化张拉控制应力,束高的改变对梁体受力性能的影响更加显著;体外预应力加固在提高原梁承载能力的同时,显著改善了其延性,破坏时梁体塑性发展更加充分。     

预应力变截面连续箱梁桥抗剪性能加固

某预应力混凝土变截面连续箱梁桥跨径布置为(45+70+45) m,主梁为单箱单室截面,跨中部位腹板厚30 cm,采用双向预应力结构,运营20余年后检测发现箱梁腹板存在大量斜裂缝,且中跨跨中明显下挠。分析认为病害主要是由腹板抗剪承载力不足、预应力损失和重载车辆增加等因素引起的,基于病害原因,提出采用腹板加厚、增设预应力筋和粘贴钢板的组合方式进行加固,加固设计验算结果表明加固后结构承载能力和正常使用极限状态下各项指标均满足规范要求。加固施工过程中各监测断面实测应力增量与计算值基本接近,实测位移增量略小于计算值;静载试验结果表明结构刚度、强度满足要求,结构基本处于弹性工作状态。加固后近3年的跟踪观测未发现腹板剪切裂缝有继续发展现象,跨中挠度没有增加,结构抗剪性能得到明显提升。     

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。