预应力CFRP筋混凝土板试验研究

设计了一种以CFRP筋用作预应力筋的新型板结构,对预应力CFRP筋混凝土板实现过程中的关键性问题—CFRP筋锚固系统进行了试验研究,并对预应力CFRP筋混凝土板进行室内抗弯性能试验,系统地分析了预应力CFRP筋混凝土板的开裂荷载、极限荷载、CFRP筋应力状态和破坏形态等,结果表明:受拉区配有普通钢筋的无粘结预应力CFRP筋混凝土板的抗弯受力过程大致可分成3个阶段:加载初期的弹性受力阶段,裂缝出现至拉区普通钢筋屈服的弹塑性阶段,CFRP筋主要承拉的变形快速发展破坏阶段;无粘结预应力CFRP筋混凝土板的破坏形式为CFRP筋的低模量导致的变形快速发展,裂缝延伸,有效受压混凝土面积减小导致的混凝土压碎失效;裂缝形态多为等间距的平行裂缝,裂缝初期发展较慢,在普通钢筋屈服后迅速开展。     

超高性能混凝土薄层加固法在槽形梁桥中的应用

预应力混凝土槽形梁桥的主梁连接板在运营过程中易产生开裂病害,为修复桥面板的裂缝,改善桥梁受力,提出超高性能混凝土(UHPC)薄层加固法(在桥面板底部浇筑1层UHPC,与原结构整体受力),以沪嘉高速公路蕰藻浜大桥加固项目为背景,论述该方法在该桥加固中的应用。为检验加固效果,采用ANSYS建立甲式桥面板(槽形主梁连接板)的局部有限元模型进行应力分析,并通过荷载试验分析甲式桥面板加固前、后的受力及变形。通过理论和试验分析可知:加固后,在车辆荷载作用下,甲式桥面板的横向应力降至0.5 MPa以下,UHPC层拉应力为2.5MPa;甲式桥面板的横向应变降低了约65%,竖向挠度降低了约60%;UHPC层的应力实测值与有限元理论值基本一致。说明UHPC薄层加固法可有效改善桥面板受力,提高桥面板的刚度,减小桥面板的挠度。     

混凝土主梁斜拉桥锚拉板式索梁锚固区受力性能研究

为了研究混凝土主梁斜拉桥锚拉板式索梁锚固区的应力分布特征及受力性能,采用ANSYS建立了索梁锚固区的非线性有限元模型,在考虑锚拉板与混凝土主梁摩擦作用和不考虑摩擦作用2种情况下,分析摩擦效应对锚拉板的受力影响,并以应力为控制指标,考虑摩擦作用对索梁锚固区设计进行优化。结果表明,锚拉板与混凝土主梁摩擦作用会明显减小PBL剪力键竖向的应力集中现象,但对其横向的受力几乎不产生影响。在取消锚板上排PBL剪力键后,接触面的应力集中现象得到有效改善,结构受力更为合理。     

CFRP体外预应力加固钢筋混凝土T型梁试验

利用波形齿锚具实现横向张拉CFRP片材的体外预应力加固技术,对4根完全相同的7 m跨度的T型梁进行加固(梁侧加固3根梁,其中1根梁考虑二次受力影响;梁底加固1根梁);利用普通粘贴CFRP的加固技术对另一根梁进行加固(加固前与前4根梁完全相同);然后对加固后的5根梁进行试验研究。结果表明:梁侧或梁底CFRP片材体外预应力加固能同时显著提高混凝土梁的开裂荷载、屈服荷载、极限承载力以及截面刚度,能有效限制混凝土裂缝宽度的发展,也能充分发挥CFRP片材高强性能,同时加固时有无初始荷载即二次受力对加固后的梁在承载力及变形能力方面均无明显影响。     

横向联结系对中小跨径钢板组合梁桥静力性能影响研究

结合常用中小跨径钢板组合梁的构造,利用有限元软件计算分析横向联结系的数量、截面形式对钢板组合梁桥受力性能的影响。计算结果表明：对于跨中截面,跨间小横梁数量越多,则混凝土板顶面纵桥向压应力越大、底面纵桥向压应力越小、混凝土板顶面横桥向拉应力越小、底面横桥向拉应力越大;而跨间小横梁数量对中支点处混凝土板和所有钢梁的受力性能几乎无影响。跨间布置奇数道小横梁比布置偶数道小横梁对结构受力更有利,建议中小跨径钢板组合梁跨间布置不少于3道小横梁;小横梁数量对主梁挠度影响较小,其影响程度远远小于混凝土板厚度改变对主梁挠度的影响。     

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。     

MPC复合材料加固空心板梁桥静载试验研究

为研究MPC复合材料加固空心板梁桥的有效性,在某跨径13m的空心板梁桥主梁跨中11m范围内浇筑MPC复合材料进行加固,桥梁加固前与加固后分别进行静载试验,并采用有限元法建立加固前后主梁的有限元模型,分析加固前后主梁的挠度、裂缝和应变的变化。分析结果表明:工况1(跨中最大弯矩横向对称加载)、工况2(跨中最大弯矩横向偏载加载)下主梁加固后的挠度较加固前分别降低了13.4%、12.6%,加固后主梁的挠度明显减小;在试验过程中,加固后主梁裂缝未见明显变化,裂缝区应变水平降低,较好地抑制了原有裂缝的发展;工况1、工况2下主梁加固后的应变较加固前分别降低了13.75%、14.79%,加固后主梁受拉区应变显著降低;加固后校验系数改善率最大为13.89%,该加固方法能够有效地提高桥梁的承载力和刚度。     

预应力碳纤维板及增加预加力加固法对比试验研究

通过分别采用预应力碳纤维板和提高预加力方法加固开裂预应力混凝土试验梁,详细测试不同加固方法作用下试验梁控制截面的应力、挠度、裂缝宽度和中性轴高度的变化规律和差异性。试验结果表明,相同预加力条件下,在预应力碳纤维板未与主梁固结共同受力前二者的加固效果相差不大,当预应力碳纤维板与主梁固结、共同受力后,结构的抗弯刚度略有提高。     

槽型截面连续刚构桥受力特性分析

通过数值计算研究了槽型梁在竖向及横向力作用下的受力特点。研究表明,在竖向左右对称荷载作用下,主梁产生竖向和横向位移,弯扭耦合效应明显。槽型梁截面下部面积大,中性轴靠下,主梁下缘应力通常比主梁上缘小,道床板宽度大时横向拉应力有时可能大于纵向拉应力。增加主梁肋板数量能提高主梁侧向抗弯刚度,增加肋板数量对主梁整体抗扭刚度的提升效果有限。     

UHPC加固受损混凝土斜拉桥主梁模型试验

基于超高性能混凝土(UHPC)的优异性能及其在混凝土结构抗弯加固中的应用成果，提出了采用配筋UHPC加固受损混凝土斜拉桥主梁的方法，由此开展了UHPC加固受损严重主梁的混凝土斜拉桥节段模型试验研究，以探究主梁加固后斜拉桥体系的受力性能。试验结果表明：UHPC加固混凝土斜拉桥主梁施工方式整体协同工作性能良好，UHPC层与原混凝土间未发生脱黏破坏；UHPC加固后，主梁开裂荷载较原未损伤主梁提升了79.9%,且UHPC层裂缝呈现数量多、间隙小及宽度细的特征，并可有效抑制原主梁裂缝发展，说明受拉UHPC层显著提高了加固后主梁的抗裂性能；不同主梁裂缝宽度工况荷载作用下，斜拉桥体系变形恢复较好，残余变形很小，且当主梁出现严重损伤时，该体系仍具有很好的受力性能；UHPC加固后，主梁的抗弯强度有一定程度提高，但不控制斜拉桥体系的极限承载力，主梁破坏时斜拉索应力为其极限强度的70.2%,斜拉索仍然具有一定承载力富余；UHPC加固后，主梁严重受损的斜拉桥体系刚度得到有效提升，主梁开裂前体系刚度较未损伤原主梁及灌浆加固后主梁分别提升了11.3%和29.5%;采用UHPC对混凝土斜拉桥主梁进行抗弯加固具有较大...     

玄武岩纤维筋连续配筋混凝土路面冲断破坏力学分析

板底出现脱空、横向裂缝间距过窄及横向裂缝传荷能力下降会导致连续配筋混凝土路面产生冲断破坏。该文考虑冲断破坏影响因素,建立玄武岩纤维筋连续配筋混凝土路面三维脱空有限元模型,分析板底脱空、横向裂缝间距和裂缝传荷能力对冲断破坏的力学性能影响。研究结果表明:随着板底脱空区域宽度的增加,受荷板的板顶最大横向拉应力及其竖向位移显著增大,横向裂缝传荷能力显著降低,板底脱空极易导致混凝土板的断裂和破碎,良好的板底支撑可以减少冲断破坏。板底脱空条件下,横向裂缝间距越窄,受荷板的板顶最大横向拉应力及其竖向变形愈大,裂缝传荷能力愈差,愈易产生冲断破坏。板底脱空时,增大横向裂缝剪切刚度改善混凝土板的力学性能效果比板底未脱空时的改善效果更为显著,工程上应提高玄武岩纤维筋与水泥混凝土的黏结强度,使横向裂缝剪切刚度增大,集料嵌挤强度高,裂缝传荷能力增强,可以极大地改善混凝土板的力学状态。     

钢筋混凝土斜杆桁架拱桥加固技术优化研究

钢筋混凝土桁架拱桥兼具桁架桥自重轻和拱桥结构受力合理的优点,曾一度在我国广泛应用,但随着时间推移,其中许多桥梁已面临加固的需求。以某钢筋混凝土斜杆桁架拱桥为例,分析了其典型的结构病害与不足,通过建立桁架拱桥有限元模型,计算不同杆件内力,分析了各类杆件的受力特征;针对杆件不同受力特征优化提出了针对性的加固措施。对受拉为主的内倾斜杆,在其内外两侧纵向粘贴CFRP布进行抗拉加固;对受压为主的外倾斜杆,在其表面环向粘贴CFRP布进行抗压增强;对受弯为主的上弦杆及跨中实腹段,在其截面受拉侧纵向粘贴CFRP布,提高截面抗弯承载能力;对截面薄弱、承受压力及一定弯矩的下弦杆,采用增大截面法进行加固,增大其截面承载力与截面刚度;同时,给出了横系梁、微弯板、铺装层的加固处理方法。     

预应力碳板加固装配式组合箱梁的应用研究

为了解决早期装配式预应力混凝土组合箱梁构造尺寸普遍偏小、易出现腹板及底板结构性裂缝的问题,通过采用梁底张拉预应力碳纤维板解决结构强度、刚度问题的加固设计方法,借助有限元分析软件,对桥梁加固后承载能力进行验算,同时还对跨中横隔板对结构受力的影响进行分析。研究结果表明,通过施加预应力可变被动加固为主动加固,在增加结构强度和刚度的同时,又能减小结构的挠度变形,并减少封闭裂缝。     

横向联结系对改善装配式T梁受力性能的研究

针对某大桥引桥40m预应力混凝土T梁加固工程中提出采用增设钢结构横向联结系来改善主梁结构受力性能的方案,采用Ansys软件建立4种数值模型:(1)原结构;(2)L/4处增设钢结构横向联结系;(3)L/6处增设钢结构横向联结系;(4)L/4处增设混凝土横隔板。通过计算4种模型下主梁跨中挠度比求得跨中横向分布,并对4种模型的横向分布系数进行了对比分析,计算结果表明:增设钢结构横向联结系或混凝土横隔板对改善上部主梁受力的作用很小。此外,探讨了加固改造前后不同行车道宽度对上部结构整体受力性能的影响。     

某预应力混凝土连续梁桥受损评估与加固

某桥为(34+40+34)m预应力混凝土连续箱梁桥,受上层高架钢结构滑落撞击,2跨部分翼缘板严重开裂。为研究该桥损伤情况及受损后结构的安全性,采用MIDAS Civil有限元软件建立受损箱梁有限元模型,评估主梁截面特性,计算受损前后主梁的应力和挠度;采用ANSYS软件进行桥梁撞击仿真分析。结果表明:单侧翼缘板受损使主梁截面面积削弱7.7%,使主梁截面抗弯刚度减小6.6%;受损前后主梁应力和位移变化较小,受损后满足规范要求,但应力储备很小;在撞击荷载作用下,翼缘板和腹板交界处顶板开裂,与实际情况基本吻合。根据检测及评估结果,采取将第二、第三跨防撞护栏切除60m,受损主梁翼缘板从悬臂根部整体切除,将原后浇调平层凿除后重新浇筑等加固措施。该桥加固后的动静载试验结果表明,主梁的加固部分能很好地与保留的主梁共同受力,主梁的整体性能有较大的提高。     

腹板粘贴钢板加固法实桥试验分析

通过实桥加固试验,详细测试腹板粘贴钢板加固法在降低主梁控制截面应力、挠度和裂缝宽度方面的效果。试验结果表明:采用腹板粘贴钢板加固方法,对降低开裂预应力混凝土结构的应力、挠度和裂缝宽度较为有效,该方法还能够有效提高主梁的抗弯刚度和耐久性,可为今后类似工程提供参考。     

曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥加固方案研究

郑州市北三环路彩虹桥为(122+62+62+122)m简支曲弦下承式钢管混凝土桁梁桥,为改善其目前运营服务能力,提出6种加固改造方案,针对各加固方案进行仿真计算分析。计算结果表明:简支变连续体系改造使主桁端部出现应力集中现象,不适用于该桥改造;在改造横撑的基础上增设跨中吊杆是减小横梁跨中相对变形的有效途径;增设边纵梁和外吊杆可有效改善横梁悬臂端变形,提升悬臂段桥面承载力;增大腹杆截面可明显提高62m跨径桥梁的整体刚度和横梁局部刚度,有效降低腹杆的应力幅;加强纵向预应力可有效降低桥梁的下弦杆变形,但对横梁相对变形影响不大。综合运用横撑改造、增设跨中吊杆和外吊杆、增大腹杆面积、加强下弦杆纵向预应力等几种改造措施使桥面变形明显改善,62m跨径桥梁整体结构刚度得到有效提高,腹杆最大应力显著降低,上弦杆最大应力仍有足够的安全储备。     

CFRP布混合粘贴加固RC梁斜截面抗剪性能研究

为了研究CFRP布混合粘贴技术加固钢筋混凝土梁斜截面抗剪性能,设计了4组钢筋混凝土T梁抗剪加固试验。分别对比了未加固的试验T梁、CFRP布普通外贴方式加固的试验T梁和CFRP布混合粘贴方式加固的试验T梁,同时对于加固的试验T梁考虑了分阶段加载二次受力性能。研究表明CFRP布混合粘贴加固的钢筋混凝土梁斜截面抗剪承载力较未加固的试验T梁有显著提高,同时比CFRP布普通粘贴加固方式提高了9.34%。在挠度变形、混凝土裂缝的抑制、箍筋受力的改善以及碳纤维布材料强度利用率上均优于CFRP布普通外贴方式。二次受力的试验T梁因加固前腹板斜裂缝已经出现,因此整体刚度有所降低,导致挠度变形大于一次受力的试验T梁,二次受力的试验T梁其箍筋应力发展水平和一次受力梁差异不大,破坏时斜截面抗剪承载力降低了4.83%,降低程度较小。CFRP布混合粘贴加固形式中单根碳纤维布提供的抗剪贡献较大,钢板锚固件可以延缓CFRP布的剥离过程,阻止CFRP布向锚固件另一侧剥离发展。试验T梁最终破坏时,同一根CFRP布表面应变在两个钢板锚固件之间分布较为均匀且应变数值发展较大,CFRP混合粘贴加固形式充分利用了碳纤维布高强度和高弹性模量的特点,加固后CFRP布与箍筋受力协调关系较好。     

鄂东长江公路大桥结构设计方案研究

为研究千米级混合梁斜拉桥结构设计,以鄂东长江公路大桥为依托,通过结构计算与试验模拟,从钢-混凝土结合段位置的选择、索距、桥塔、主梁、主梁钢-混凝土结合段等方面对该桥结构设计方案进行研究。结果表明:钢-混凝土结合段设置在中跨侧距桥塔中心12.5 m处,结合段位置主梁的变形和内力均较小;中跨标准梁段宜采用15 m索距,边跨宜采用7.5 m索距;该桥桥面以上塔高为180.5 m;索塔锚固形式采用钢锚箱方案,并设置弧形预应力筋减少和控制主桥索塔锚固区外壁裂缝;主梁采用PK断面,可充分发挥全截面的性能;采用优化的混凝土后设承压板的钢-混凝土结合段型式,应力和刚度过渡较为平顺。     

沪通长江大桥主航道桥总体设计参数分析

为研究公铁两用斜拉桥的力学性能,以沪通长江大桥主航道桥[(140+462+1 092+462+140)m双塔斜拉桥]为对象,采用空间板梁单元法建立全桥有限元模型,对边跨支点数量、边中跨比、主梁高跨比和宽跨比、塔梁高跨比等设计参数进行分析。结果表明:边跨设置辅助墩可改善结构受力、提高桥梁整体刚度;边中跨比增大使结构总体刚度减小,活载塔底顺桥向弯矩增大;主梁高度增大可提高结构整体刚度,但提高幅度有限,同时对恒、活载拉索应力的影响也较小;主梁宽度增大使横弯基频增大、竖弯基频减小,扭频先减小后增大而后趋于平稳,结构颤振稳定性提高;塔高增大使结构竖向刚度增大而索塔纵向刚度降低,活载塔底顺桥向弯矩减小,恒、活载拉索应力减小。