波形钢腹板PC组合箱梁设计和施工方法研究

该文通过对波形钢腹板PC组合箱梁模型梁的设计和施工方法的研究,分析了组合箱梁的抗弯、抗剪、抗扭、剪力连接件及体外预应力筋的设计理论,讨论了组合箱梁的施工工艺、波形钢腹板的加工安装、防锈隔水措施及体外预应力筋布置施工控制方法,并通过组合梁的抗变形加载试验,验证了组合箱梁的设计、施工方法的正确性。     

体外预应力钢-混结合梁桥温度效应分析

针对简支体外预应力钢-混结合梁,考虑钢梁与混凝土之间的相对滑移,温度沿混凝土截面线性分布,体外预应力筋直线布置,剪力钉所受到的剪力和钢梁与混凝土板的相对滑移呈线性关系,推导出结合梁及体外预应力筋由温度效应产生的内力计算公式。通过算例与有限元分析进行对比,并讨论了在日照温度效应下,各种因素对体外预应力钢-混结合梁温度应力的影响。结果表明:公式法和有限元法计算结果吻合;日照温度效应使简支结合梁的混凝土板受压,钢梁顶部受拉,底部受压,对体外预应力筋应力影响很小;当剪力钉刚度足够大时,温度应力不随剪力钉刚度变化而变化,剪力钉布置和桥梁跨度对体外预应力钢-混结合梁温度应力的影响不大。     

钢—混组合梁桥动力性能及滑移效应试验研究

对钢—混组合梁桥的动力性能和滑移效应进行综合试验研究和理论分析,并对桥梁的动力性能、滑移效应以及行车的舒适性进行了评价。现场实测钢—混组合梁桥在汽车活载作用下结合面处相对滑移情况,以及桥梁的脉动效应和跑车的自振特性、动挠度、阻尼比等动力响应值,再将现场实测值、规范计算值和有限元计算值进行比较分析。试验结果表明,在最大设计活载作用下,结合面处纵向滑移量平均值小于0.02mm,滑移效应对结构受力性能影响很小,可以忽略不计;钢—混组合梁桥的振动频率较低、柔性较大,阻尼比相对较小;汽车活载作用下,钢—混组合梁桥的结构动力响应和动力特性均良好,能够满足道路行车舒适性的要求。     

钢桁腹杆PC组合箱梁桥自振特性研究

为研究钢桁腹杆预应力混凝土(PC)组合箱梁桥自振特性,以一座三跨连续波形钢腹板PC组合箱梁桥为背景工程,将原箱梁中的波形钢腹板用钢桁腹杆代替,进行钢桁腹杆PC组合箱梁桥的设计。利用ANSYS和Midas Civil两种分析软件建立三维有限元模型,分析该桥型的自振特性。以横隔板的布置为参数,研究其对钢桁腹杆PC组合箱梁桥自振特性的影响。结果表明:钢桁腹杆PC组合箱梁桥竖弯刚度小,抗扭刚度大;布置横隔板对钢桁腹杆PC组合箱梁桥的竖弯刚度影响不大,对箱梁的横弯刚度和抗扭刚度有一定影响,且当对横隔板进行合理布置时,箱梁的抗扭刚度提高明显。     

快速施工桥梁的研究进展

为减少传统桥梁施工存在的弊病,加快桥梁建设速度,降低桥梁后期维护费用,提高桥梁的施工质量和耐久性,首先分析了快速施工桥梁的必要性及其在中国的应用前景,阐述了快速施工桥梁的基本组成及构件划分、预制桥面板的主要型式及发展趋势、钢与混凝土桥面板间的连接方式、快速施工预制装配桥梁主梁的3种主要型式及材料组合、节段拼装式预应力混凝土箱梁的预应力体系及主要施工方法、中小跨径混凝土或钢-混组合梁桥的主要截面型式及连接构造,讨论了预制高性能混凝土桥面板、多梁式钢-混凝土组合梁群钉连接的桥梁用于中小跨径快速施工桥梁的优越性,并对近年来在中国大江及海湾桥梁工程应用的整体预制桥墩的特点进行了论述;同时,重点阐述了快速施工钢-混组合梁桥、预制节段拼装混凝土或钢-混组合箱梁桥、预制拼装预应力束体系、预制节段拼装式桥墩等相关的理论研究与进展,包括群钉抗剪性能、混凝土桥面板间接缝受力特性、组合梁复杂受力行为分析、多梁式荷载横向分布、体外预应力组合梁动力特性、组合梁疲劳耐久性等,指出了当前中国进行快速施工桥梁建造在设计研发、体系机制创新等方面的一些不足,分析制约该领域发展的关键因素,同时对发展中国桥梁工业化、信息化及快速施工技术进行了展望,指出对于梁高受限或桥梁较宽,跨径在25~50 m的数量占比均较多的城市桥梁或公路桥梁,包括北方受季节性影响较大的桥梁,开拓快速施工桥梁与市场潜力巨大,并给出一些值得进一步研究解决的热点问题,以期促进交通行业桥梁基础设施建设技术的进步和创新发展。     

考虑界面滑移的钢-混组合连续梁负弯矩区抗裂性试验

为了解界面滑移效应对钢-混组合连续梁负弯矩区混凝土桥面板抗裂性的提升效果及工作机理,设计并制作采用常规剪力连接件和抗拔不抗剪连接件的钢-混组合梁各1组进行负弯矩区加载试验,分析试验梁预应力施加效率、关键部位纵向应变、梁体刚度及关键截面界面滑移情况。结果表明：采用抗拔不抗剪连接件时,梁体抗裂性更好,界面滑移效应可避免以往负弯矩区预应力通过常规剪力连接件传递到钢梁的情况发生,明显提高预应力效率;同时可使负弯矩区混凝土桥面板承受的拉应力分布更均匀,有效降低中支点截面的拉应力峰值,使后续裂缝宽度增长缓慢;加载前期2组梁体总体刚度没有明显不同,加载后期界面滑移使梁体结构刚度下降,变形增加,但变化幅度较小;抗拔不抗剪连接件对钢-混组合连续梁负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性提升效果较好。     

复杂应力条件下快速施工钢-混组合梁群钉推出试件参数分析

为了研究快速施工钢-混组合结构中群钉剪力连接件在复杂应力条件下的受力特性,探讨焊钉尺寸和不同应力条件对群钉推出试件受力特性的影响,基于混凝土和焊钉损伤塑性模型,考虑结构非线性行为,采用数值有限元法对设计的5组不同参数的群钉推出试件进行数值模拟及分析。在此基础上,进一步分析了不同横弯力和预压应力对焊钉周围的混凝土性能和焊钉失效模式的影响。结果表明:横弯力和预压应力对焊钉的滑移影响较小,但对焊钉的抗剪承载能力和抗剪刚度影响较大;增大横弯力和预压应力,焊钉的抗剪承载力最多可提高31%,抗剪刚度最多可提高61%;焊钉高度大于其直径的4倍时,其高度变化对群钉中焊钉的平均抗剪承载能力和抗剪刚度影响不大;基于混凝土和焊钉损伤塑性模型的有限元建模方法可以较好地用于钢-混组合结构群钉力学行为的参数分析;横向预应力的施加,能够有效改善群钉周围混凝土的性能,提高群钉剪力连接件的刚度和钢-混组合结构耐久性,为群钉在快速施工钢-混组合结构桥梁中的应用提供新的技术选择。     

顶推施工中波形钢腹板PC组合梁临时预应力钢束的合理设置

为了分析波形钢腹板PC组合梁在桥梁顶推施工过程中临时预应力钢束的对结构受力的影响,确保桥梁在顶推施工过程混凝土结构不发生破坏,以国内第一座采用整体式顶推施工的大跨度波形钢腹板PC组合梁为例,采用板壳实体模型详细模拟了波形腹板组合箱梁的结构和具体的体内、体外预应力,计算了分析了顶推施工最不利工况下临时预应力钢束的合理位置设置、预应力大小和钢束数量对组合梁受力的影响情况,提出确保梁体结构安全的临时预应力钢束的合理设置方法,可为同类结构设计施工提供参考。     

预应力混凝土波纹钢腹板组合箱梁受力性能研究

该文概述了预应力混凝土波纹钢腹板组合箱梁在国内外的发展与应用情况,采用有限元分析方法,对跨径、材料、预应力钢束以及顶底板尺寸均相同的波纹钢腹板组合箱梁和平板钢腹板组合箱梁的受弯性能、抗剪性能、抗扭性能以及剪力滞效应进行了分析;比较了两种模型在不同荷载作用下跨中截面、四分点截面上的变形与内力分布;并对两种预应力混凝土组合箱梁的动力特性进行对比。研究成果表明:与平板钢腹板组合箱梁相比,预应力混凝土波纹钢腹板组合箱梁的腹板纵向刚度很小,横向挠曲刚度较高;波纹钢腹板组合箱梁跨中剪力滞效应较为显著,整体刚度较小。     

加劲梁形式及支承体系对三塔悬索桥整体刚度影响研究

为探讨加劲梁形式及支承体系对三塔悬索桥整体刚度及中主鞍座槽内主缆抗滑移稳定性的影响,以(225+850+850+225)m的鹦鹉洲长江大桥为背景,选取不同加劲梁形式及支承体系,拟定6种组合工况,通过桥梁结构非线性分析系统BNLAS对不同组合下结构竖向、横向刚度及主缆抗滑移稳定性进行计算分析。结果表明:加劲梁采用钢-混组合梁形式,结构竖向和横向刚度较采用钢箱梁时大;加劲梁支承体系对结构整体竖向刚度影响不大,但对加劲梁局部竖向转角影响明显,简支支承体系梁端转角较大;加劲梁支承体系对结构整体横向刚度影响明显,表现为简支体系横向刚度较小,飘浮和半飘浮体系横向刚度较大;加劲梁采用自重较大的钢-混组合梁形式以及设置纵向固定支座,对主缆抗滑移稳定有利,此外考虑荷载偏心计算主缆抗滑移稳定性更偏于安全。     

体外预应力在钢箱-混凝土组合梁中应用的试验研究

结合城市桥梁工程实际，进行了3根钢箱-混凝土组合梁的试验。探讨了在对称和偏心荷载作用下，施加体外预应力对钢箱-混凝土组合梁受力性能的影响。试验结果表明，在对称荷载作用下，由于体外预应力的作用，钢箱-混凝土组合梁的弹性极限提高了29．17％，极限强度提高了27．72％，刚度提高了54．15％，位移延性提高了18．00％；在偏心荷载作用下，体外预应力钢箱-混凝土组合梁也有较好的力学性能，强度与刚度均高于普通钢箱-混凝土组合梁。试验研究证实，体外预应力技术对提高钢箱-混凝土组合梁的结构性能有重要作用。     

预应力在钢-混凝土组合梁剪力键中的传递

针对混凝土翼板设置后张预应力的连续组合梁,建立预应力从梁端混凝土向组合梁全截面传递的力学模型,根据连接件剪切滑移本构关系及预应力束对称截面处的界面滑移为零的边界条件,解得混凝土翼板轴力、钢梁轴力及界面剪力的分布函数,求得组合梁考虑连接件柔性的混凝土有效预压应力。结果表明,影响组合截面内力分布的主要因素是剪力连接件的滑移刚度、预应力束长度及混凝土板与钢梁的轴向刚度比;预应力束越长,界面剪力分布越平缓,界面滑移愈小。     

预应力组合箱梁抗弯承载能力影响参数分析

为对预应力组合箱梁的设计提供参考,利用简化塑性理论对完全剪力连接的预应力组合梁的抗弯承载力影响参数(混凝土和钢梁强度、预应力筋初始张拉力、预应力筋布筋形式、转向块数量)进行分析。分析结果表明:在截面尺寸受限制时,提高钢梁强度能够有效提高预应力组合梁的抗弯承载力;增加预应力筋的数量可较明显地提高梁体的抗弯承载力;预应力筋采用折线布筋形式时,可提高预应力初始张拉值,以提高预应力组合梁的弹性承载力;转向块布置数量越多,预应力增量越大,二次效应影响越小,预应力组合梁抗弯承载力越高。     

预应力混凝土梁自振频率试验研究

通过2根无粘结预应力梁和3根有粘结预应力梁的动力试验,分级施加预应力和外荷载,在不同预应力和外荷载下分别对其前2阶频率进行测试,寻找其自振频率与力筋中预应力的关系.     

无粘结预应力混凝土梁的强度与变形特性研究

给出了无粘结预应力混凝土梁强度和受力性能的分析结果。建立了适用于无粘结预应力混凝土梁非线性全过程分析的有限元简化模型,利用该模型探讨了跨高比、有效预应力和加载方式这3种参数对无粘结预应力混凝土梁弯曲性能以及无粘结预应力筋极限应力的影响。分析结果表明,跨高比对无粘结预应力筋极限应力无明显影响,增大无粘结预应力筋的有效预应力能显著提高梁的开裂和极限荷载,加载方式对梁的受力性能有着非常重要的影响。     

钢-混组合梁剪力钉抗剪性能试验研究

为研究钢—普通混凝土与钢—钢纤维混凝土组合梁剪力钉的极限抗剪强度及破坏形式,根据某实际钢—混组合桥梁结构,设计2种钢—混组合梁剪力钉试件进行极限抗剪强度推出试验,根据试验结果拟合试件荷载～滑移曲线,并与不同规范计算得到的剪力钉抗剪承载力进行比较分析.结果表明:钢—钢纤维混凝土组合梁剪力钉的极限抗剪承载力较钢—普通混凝土组合梁剪力钉高约16％;其极限承载力对应的滑移值约为钢—普通混凝土组合梁剪力钉的2～2.5倍;钢—钢纤维混凝土组合梁破坏特征为剪力钉全部被剪断,钢—普通混凝土组合梁破坏特征为混凝土被压裂.由各公式得到的试件抗剪承载力均偏于保守.     

体外预应力高强混凝土薄壁箱梁试验研究

进行了体外预应力高强混凝土薄壁箱梁从预应力钢绞线张拉到承载力极限破坏这一全过程的试验研究,研究了体外预应力损失及应力增量、跨中截面应力—应变分布以及跨中挠度和抗裂性能等问题。研究结果表明:体外预应力高强混凝土薄壁箱梁预应力损失实测值与现行规范计算值基本吻合,探讨了其截面受压翼缘有效分布宽度和体外预应力筋应力增量的变化规律,初步揭示了体外预应力高强混凝土薄壁箱梁在混凝土开裂前和受拉非预应力钢筋屈服后混凝土受压翼缘存在不同的剪力滞效应,并提出了相应状态下的受压翼缘有效分布宽度系数。     

体外预应力组合梁桥预应力损失计算

为准确计算体外预应力组合梁桥预应力损失值,在已有研究的基础上,总结导致该类型梁桥预应力损失的6个关键因素(预应力筋回缩和锚具变形、预应力筋与转向块之间的摩擦、预应力筋松弛、混凝土徐变、混凝土收缩、温度变化),并分别推导了相应的简化计算方法.计算预应力筋回缩和锚具变形以及摩擦引起的预应力损失时采用材料力学方法和平衡原理;计算预应力筋松弛引起的预应力损失时参考预应力混凝土梁的相关经验公式并结合试验结果进行修正;计算混凝土徐变、收缩以及温度效应引起的预应力损失时近似采用力法原理和等效荷载法.