钢-混凝土组合加固部分预应力混凝土旧桥的试验研究

部分预应力混凝土I型或T型梁桥,由于预应力损失、裂缝损伤等造成主梁正常使用状态下刚度不足,采用钢-混凝土组合加固主梁,通过原梁及加固梁的加载试验,表明加固效果十分显著.应用ANSYS有限元程序时钢-混凝土加固梁进行变形分析,可得到加固技术效果评价指标值.     

钢-混凝土组合加固部分预应力混凝土旧桥的试验研究

部分预应力混凝土I型或T型梁桥,由于预应力损失、裂缝损伤等造成主梁正常使用状态下刚度不足,采用钢-混凝土组合加固主梁,通过原梁及加固梁的加载试验,表明加固效果十分显著。应用ANSYS有限元程序对钢-混凝土加固梁进行变形分析,可得到加固技术效果评价指标值。     

重复荷载下高铁24m箱梁模型试验研究

对高速铁路中广泛应用的预应力混凝土简支箱梁进行了多级重复荷载下的模型试验．试验的主要测试结果包括2种加载方式下梁的裂缝宽度和裂缝分布展开情况,荷载-挠度曲线和弯矩-转角曲线,混凝土和普通钢筋的应变分布等．研究结果表明：混凝土首先在跨中底板出现裂缝,然后慢慢向腹板扩展．在纯弯段,裂缝间距分布比较均匀．在施加荷载超过开裂荷载不多的情况下卸载,裂缝在预应力筋的作用下能够闭合．箱梁的最终破坏现象是混凝土顶板的压溃爆裂,跨中极限位移为跨径的1/55．重复加载下的荷载位移曲线的包络线有3个拐点,分别对应于混凝土开裂,钢筋屈服,预应力筋屈服;而重复荷载下的弯矩转角曲线在整个过程中有一个拐点,对应于预应力筋的屈服．     

在役混凝土简支梁有效预应力计算

为了对在役混凝土桥梁结构永存预应力和实际承载能力进行评估,用后张法测试混凝土简支梁在不同预应力值作用下的自振频率和在相同预应力值、不同竖向力值作用下的挠度,以混凝土简支梁的振动基频随预应力作用值的增大而有规律地增大为基础,回归出简支梁的有效刚度与预应力函数表达式,计算出PC简支梁的挠度计算值,并与试验测试挠度值进行了比较。结果表明,在混凝土受拉区开裂前,T型梁和实心板梁的计算结果误差均不超过10%,其中实心板梁有80%的测试数据误差在±5%以内;空心板梁的计算结果误差不超过15.71%,有73.3%的误差不超过10%;用实测简支梁基频和挠度可推算出简支梁的有效预应力,可进行预应力混凝土结构的安全评估。     

“大跨径预应力混凝土梁桥主梁下挠原因分析及对策研究”通过鉴定

日前,西部科技项目"大跨径预应力混凝土梁桥主梁下挠原因分析及对策研究"通过验收。该项目从预应力梁桥下挠特征、桥用高强混凝土材料特性、反复荷载效应、长期挠度计算与设计方法、施工方法与工艺、防控主梁过度下挠措施和已下挠预应力梁桥处置技术等方面进行了系统研究,系统全面地解析了持续下挠原因,对新建桥梁提出了长期挠度计算方法、防控主梁过度下挠的设计、施工措施,对服役旧桥提出了已下挠桥梁的加固成套技术,并编制了相关设计、施工技术指南。     

二期荷载下预应力CFP加固钢筋混凝土梁

对预应力碳纤维片加固钢筋混凝土梁进行了可行性研究。根据碳纤维板的特性,为了施加预应力,开发了一种预应力钳及一个装置。在普通碳素纤维板和预应力碳纤维板之间,及二次荷载的碳纤维片和混凝土梁二次荷载的碳纤维板之间进行了对比实验。在此基础上,我们分析了故障模式、裂缝的宽度和分布、开裂荷载、屈服载荷、极限载荷及载荷与挠度之间的关系。结果表明,采用预应力碳纤维片来加强混凝土梁有效可行。     

大跨径预应力混凝土箱梁桥长期变形不收敛成因分析

针对预应力混凝土箱梁桥长期变形不收敛的问题,文章先对几座典型病害桥梁实测变形与开裂病害进行了关联性分析,初步定性地指出跨中挠度的持续发展与裂缝扩展存在某种内在联系.然后选取一座具有代表性的桥梁为算例,采用ANSYS有限元程序,分别计算和分析了混凝土徐变、梁体开裂及裂缝扩展对长期挠度变化的影响.结果表明,桥梁长期变形发展特征是混凝土徐变变形与梁体开裂引发的变形耦合作用的结果;裂缝扩展是该类型桥梁长期变形持续发展的本质原因.     

基于裂缝宽度的部分预应力混凝土梁设计方法

为了简化部分预应力混凝土梁的设计过程, 减少设计试算的次数, 缩小预应力筋用量的取值范围, 提出了基于裂缝宽度的部分预应力混凝土梁设计方法; 从正常使用状态的裂缝宽度出发, 根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62—2004) (简称《公路规范》) 中对裂缝宽度的规定, 通过最大裂缝宽度求解受拉区普通钢筋的应力, 并建立关于开裂截面中性轴高度的一元三次方程; 根据预应力筋的有效应变要求, 结合《公路规范》中最小配筋率的规定, 得到了预应力筋用量的上、下限; 给出了设计方法的主要步骤和具体验算过程, 并设计了1根T形截面试验梁, 以验证设计方法的合理性。研究结果表明: 验算梁的抗弯承载力及预应力筋用量的上、下限满足规范要求; 试验梁的荷载与挠度基本呈现三折线关系, 在外荷载为50.0kN时, 试验梁跨中出现裂缝, 外荷载为128.5kN时, 试验梁受拉普通钢筋屈服, 外荷载为157.8kN时, 试验梁跨中混凝土压碎破坏, 试验梁总体呈延性破坏特征, 满足承载性能要求; 在受拉普通钢筋屈服前, 试验梁实测最大裂缝宽度为0.18mm, 未超过预估的最大裂缝宽度0.20mm, 满足正常使用要求。可见, 提出的设计方法合理、可行, 能够简化部分预应力混凝土梁的设计过程。      

预应力混杂碳/玻璃(C/G)纤维布加固RC梁的应力重分布

基于实体退化单元,对钢筋混凝土(RC)梁和混杂碳/玻璃(C/G)纤维布采用分层壳元模型,对纵向受力钢筋采用组合壳元模型,模拟了混杂C/G纤维布的预应力作用,建立了预应力混杂C/G纤维布加固RC梁的非线性层壳组合单元模型,采用弥散裂缝模式、Ottosen屈服准则和Hinton压碎准则描述了加固梁的开裂、屈服和压碎的材料非线性效应,分析了破坏全过程中加固梁挠度变化规律、刚度折减规律、极限承载力与混杂C/G纤维布应力重分布。计算结果表明:非线性层壳组合单元分析方法可靠,加固梁的特征荷载计算值与试验值的相对误差不超过10%,且非线性层壳组合单元具有较好的收敛性和数值稳定性;在加固梁达到开裂荷载前,混杂C/G纤维布的应力重分布系数变化较小,开裂荷载时为1.3,其后应力重分布系数逐渐增大,屈服荷载时为4.1,极限荷载时为14.8;采用普通C/G纤维布加固时,纤维布高强性能未充分发挥,利用率约为83%,采用预应力C/G纤维布能改善梁的结构体系,能使得材料充分发挥作用,利用率超过90%。     

锈蚀钢筋混凝土梁开裂的分形特征

基于电化学快速锈蚀混凝土梁的静载试验,分析了相同类型5片锈蚀钢筋混凝土梁在各级荷载下的裂缝特征,证明了构件裂缝分布具有分形特性,在此基础上,利用分形理论研究了锈蚀钢筋混凝土梁开裂及破坏过程,讨论了裂缝分维数与荷载、跨中挠度及钢筋锈蚀率的关系．试验结果表明：随着试验梁上作用荷载的增加,构件裂缝的分维数逐渐增大;极限荷载下锈蚀钢筋混凝土梁裂缝的分维数随着钢筋锈蚀率的增加而减小．     

Structural Behavior of Continuous Prestressed Steel Fiber Reinforced High Strength Concrete Beam

The flexural behaviors of continuous fully and partially prestressed steel fiber reinforced high strength concrete beams are studied by experiment and nonlinear finite element analysis. Three levels of partial prestress ratio (PPR) are considered, and three pairs of two-span continuous beams with box sections varying in size are designed. The major parameters involved in the study include the PPR and the fiber location. It is concluded that the prestressed high strength concrete beam exhibits satisfactory ductility; the influences of steel fiber on the crack behaviors for partially prestressed beams are not as obvious as those for fully prestressed ones; steel fibers can improve the structural stiffness after cracking for fully prestressed high strength concrete beams; the moment redistribution from mid-span to intermediate support in the first stage should be mainly considered in practical design.     

预应力超高强混凝土梁抗弯性能试验研究

为研究预应力超高强混凝土梁的受弯性能,对4根后张法有粘结预应力超高强混凝土梁进行了试验研究,分析了预应力筋高度和预应力筋配筋率对其受力过程、破坏形态和裂缝开展情况的影响,并通过大型通用有限元程序ANSYS对预应力超高强混凝土梁承载力进行了模拟计算。结果表明：预应力筋高度和预应力筋配筋率对超高强混凝土梁的承载力和裂缝开展情况均有一定的影响; ANSYS模拟计算所得的开裂荷载、屈服荷载以及极限荷载与试验结果较吻合。研究结果可为超高强混凝土梁的设计及研究提供一定的基础依据。     

体外预应力高强混凝土两跨连续梁模型试验

为研究预应力和混凝土材料对高强度混凝土体外预应力连续梁的力学行为的影响，设计并完成了4片体外预应力高强度混凝土连续梁模型的静载试验，试验结果表明；体外预应力连续梁的裂缝分布和发展规律与无粘结预应力梁相似，采用钢纤维提高负弯矩区的开裂载荷是有效的，而且利用钢纤维增强可在一定程度上限制裂缝发展并在卸载后使裂缝闭合，普通钢筋对分散裂缝和限制裂缝发展有利。     

北碚嘉陵江大桥腹板裂缝防治

在役预应力混凝土连续箱梁桥腹板开裂对桥梁的耐久性和营运安全构成极大的威胁,分析预应力箱梁腹板裂缝的变化规律及产生原因,对预应力混凝土箱梁桥的加固和设计配筋提出建议。通过总结北碚嘉陵江大桥在役10年来箱梁腹板的裂缝分布和状态,发现腹板裂缝集中分布位置和裂缝状态,在此基础上分析各种裂缝产生的力学原因,优化预应力混凝土箱梁桥设计配筋。     

箱梁湿接缝的计算与分析

通过对某大桥箱梁湿接缝的承载能力、抗弯刚度和抗裂性能的计算与分析,综合评估了25 m预应力混凝土小箱梁采用较宽的湿接缝后结构的安全性和可靠性。     

超高性能混凝土深梁受剪性能

为促进超高性能混凝土(UHPC)深梁的应用, 进行了4根以混凝土强度为主要参数的UHPC深梁受剪性能试验, 并开展了C40和C80混凝土深梁的对比试验; 分析了UHPC深梁的荷载-挠度曲线、破坏模式、钢筋应变、裂缝形态与极限荷载; 为探讨现有普通混凝土深梁受剪承载力计算方法是否可用于UHPC深梁, 应用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)对6根深梁试件进行了抗剪强度计算。研究结果表明: 混凝土强度越大, 在相同荷载下深梁的刚度越大, 在深梁开裂前的弹性阶段, UHPC试件刚度随钢纤维掺量的增大略有增大; 与C40和C80混凝土深梁一样, UHPC深梁裂缝包括弯剪裂缝和腹剪裂缝, 当荷载分别为13%~22%和18%~34%极限荷载时, 两类裂缝先后出现; UHPC深梁在加载全过程中梁、拱受力机制共存, 加载前期梁受力机制起主导作用, 后期则拱受力机制起主导作用; UHPC深梁裂缝多而密, 发生剪压破坏, 在支座上端反拱区不产生裂缝, 而C40和C80混凝土深梁出现斜压破坏, 且在支座上端反拱区产生裂缝; 试验梁受剪承载力随混凝土强度的增大约呈指数式增大, 混凝土强度从C40增大到C80、C190时, 其受剪承载力分别增大了30.76%和201.92%;采用《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)中方法计算的UHPC深梁受剪承载力与试验值比值的均值为0.89, 均方差为0.15, 在没有更精确的计算方法之前, 该计算方法暂时可用。      

预应力外包钢混凝土矩型梁抗弯承载力计算公式

外包钢混凝土结构具有构造简单、连接方便、使用灵活、承载力高及延性好等优点,但作为受弯构件,其抗裂性能及抗弯刚度等优势不是很明显。对其施加预应力,形成预应力外包钢混凝土结构,可以进一步提高构件的承载能力,增加其抗弯刚度,提高其抗裂性能,增加其耐久性。分析预应力外包钢混凝土矩型受弯构件结构及受力特点,以外包钢屈服、受压混凝土是否达到极限应变值及预应力钢筋是否屈服为条件,将预应力外包钢混凝土受弯构件的破坏模式归纳为四种,给出其相应抗弯承载力理论计算公式。     

既有预应力混凝土空心板梁破坏性试验研究

依托无锡机场路既有20m预应力混凝土空心板梁的再利用工程,通过破坏性试验,并结合非线性有限元计算,获取了试验板梁的变形、应力和裂缝的发展规律,研究了既有预应力混凝土空心板梁的承载能力、受力特性、破坏机理,为其再利用提供决策依据。     

钢-活性粉末混凝土组合梁的极限承载力

对于连续体系的钢-普通混凝土组合梁,处于负弯矩区的混凝土桥面板由于抗拉强度低,极易受拉开裂,导致组合梁的强度与耐久性下降.针对这一问题,提出了采用超高强度、高耐久性、高韧性且体积稳定性良好的活性粉末混凝土（RPC）材料代替普通组合梁中的混凝土桥面板,并根据RPC材料的本构关系及抗拉强度高的特点,确定以临界开裂状态作为这种新型钢,RPC组合梁的正截面破坏模式,推导了极限承载力计算公式,并对组合截面中RPC板与钢梁的高度比、宽度比、RPC板中的配筋率进行了参数影响分析.结果表明：钢-RPC组合梁与同条件的普通组合梁相比,在保证负弯矩区桥面板不开裂的情况下,极限承载力仍有所提高,并且结构的抗裂性、刚度和耐久性都可得到极大改善.