空心板桥体外预应力加固有限元数值分析

目前在中小跨径空心板桥中普遍出现了"单板受力"问题",单板受力"状态对桥梁危害性特别大,除引起空心板自身破坏外,还可引起桥面铺装、桥面伸缩装置、桥梁支座等的破坏,给行车安全带来了隐患。针对空心板桥的这一病害形式,借助有限元软件ANSYS对体外横向预应力筋加固前、后的空心板桥建立了有限元模型。分析了其荷载横向分布规律及预应力作用的加固效果。     

横向钢板加固对空心板桥受力影响研究

为了探究铰接空心板桥横向加固后的横向受力分配变化及其计算方法,引入横向受力分配比的概念,对某简支空心板加固前后的荷载试验数据与铰接板法及修正刚接板法的理论计算结果对比,发现通过横向受力分配比实测值与计算值对比可以清晰展示单板受力现象,但实测数据形成的趋势线很不平滑;因此,引入横向受力分配增长值作为参数进行分析。虽然桥面现浇层及横向钢板加固增强了横向刚度,但实测横向受力分配比与按铰接板法的计算值吻合更好,说明铰接板法理论可以满足此类桥梁加固前后的横向分布计算。     

装配式板梁铰缝加固效果的数值分析

根据装配式空心板铰缝的受力特点,对各种板梁铰缝加固方案的加固效果进行数值分析。采用有限元软件ANSYS建立空心板梁桥实体模型,模拟板梁桥在车道荷载作用下的受力状态,研究板梁加固前后空心板桥主要力学性能的变化规律,比较各种铰缝加固方式的力学效果。由分析结果可知,各种加固方案均能在不同程度上恢复和提高板梁的横向刚度,在板梁底缘粘贴钢板最能改善铰缝的受力性能,但施工方便性不够;在板梁上缘粘贴钢板的方案加固效果最不理想;而在顶板粘贴槽钢及顶板混凝土与部分桥面铺装混凝土联合受力效果较好。     

空心板桥铰缝失效综合处治

空心板桥具有自重轻、结构性能好、施工方便、可大批量工厂化集中预制等诸多优点而被广泛使用。但是在使用过程中,发现此类桥梁普遍存在铰缝破坏失效的情况,出现纵向裂缝等病害,导致桥梁出现单板受力,严重影响桥梁使用。对铰缝的工作原理及破坏原因进行分析归纳,并通过有限元模拟分析铰缝失效后桥面板的受力状态,总结出针对空心板桥铰缝失效、破坏后的处治措施。     

既有空心板桥底板裂缝与加固分析

底板裂缝是既有空心板桥常见病害之一。依据既有空心板桥底板裂缝检测结果,利用有限元分析方法探讨了底板裂缝对既有空心板桥的性能影响,并分析了采用粘贴钢板法加固空心板底板的加固效果。结果表明:在公路-Ⅱ级汽车设计荷载作用下,该空心板桥已不能满足现在的公路-Ⅱ级汽车设计荷载等级的要求;随着空心板裂缝的发展和材料性能的衰退,跨中截面各块空心板下缘的拉应力和挠度逐渐增大;在采用粘贴钢板法对空心板进行加固后,空心板底缘混凝土的拉应力和跨中截面最大挠度显著降低,提高了桥梁整体结构的承载能力。     

空心板桥铰缝失效对荷载横向分布影响分析

为了研究空心板桥铰缝失效对荷载横向分布的影响,推导了空心板桥整体受力及铰缝失效的典型力学模型,阐明了铰缝失效时荷载横向重分布的一般规律,并采用ANSYS有限元分析了不同损伤位置和损伤程度铰缝对上部结构荷载横向分布及其效应的影响。结果表明,铰缝失效改变了空心板桥上部结构的整体受力性能,损伤程度越大,上部结构组合板或单板效应越明显;失效铰缝相邻空心板荷载横向分布系数相对变化较大,最大为1.44和0.6倍;由于失效铰缝一侧空心板承担荷载比例增大,另一侧减小,导致相邻空心板挠度差异较大而产生错位、内力状态差别明显,建议加强偏载侧空心板应力监测。     

空心板桥梁加宽方案的有限元分析

针对目前我省已建成高速公路的桥梁结构中,大量使用了部颁典型空心板简支梁结构的现状,针对空心板桥梁拓宽工程中接缝是设计薄弱环节的情况,对空心板加宽设计中关心的差异沉降、差异刚度、上部构造的连接方式等对桥梁受力影响较大的因素进行有限元分析。     

新型装配式倒T形空心板桥受力性能

为解决现有装配式空心板桥的铰缝病害, 提出了一种新型装配式倒T形空心板桥; 进行了跨径8 m的倒T形空心板桥足尺模型试验和非线性有限元分析, 研究了车辆荷载作用下倒T形空心板桥各组成构件的应力、挠度和裂缝分布等, 得到了倒T形空心板桥的受力机理与破坏模式; 对比了倒T形空心板桥与带门式钢筋空心板桥的受力性能, 验证了倒T形空心板解决铰缝开裂问题的有效性。研究结果表明: 倒T形空心板桥的破坏过程分为弹性阶段、空心板开裂阶段、现浇结构层混凝土开裂阶段和受拉钢筋与钢板屈服阶段, 其整体受力性能良好, 极限荷载是带门式钢筋空心板桥的1.4倍; Ω形钢板上方受拉区混凝土首先达到拉应力限值3.17 MPa, 是受力薄弱部位; 由于Ω形和L形钢板的设置, 现浇结构层混凝土开裂时, 与结构层等高度的各结合面处的法向和切向黏结应力均不会超过限值2.30和0.29 MPa, 避免了结合面的黏结失效; 与带门式钢筋的空心板桥相比, 倒T形空心板构造不会减小空心板的开裂荷载, 且新旧混凝土结合面开裂在空心板开裂之后, 可从根本上解决传统空心板桥在车辆荷载作用下铰缝先于空心板开裂的问题。     

斜交装配式空心板桥受力性能影响分析

装配式斜交空心板桥受力性能较复杂,与正交桥有很大差别。以某高速公路斜交空心板桥计算为背景,对同情况不同斜交角度的空心板桥进行模型计算分析,并与空心板直桥计算结果对比,得出斜交空心板桥存在有效计算跨径的概念,其基频、横向分布系数、弯矩、最大位移均是受到有效计算跨径的影响,表现出斜交空心板桥不同于同跨径直桥的一些主要特性,进而可以参考并推广到其他类型斜桥的受力性能分析。     

大挖空率预应力空心板桥加固方法分析比较

针对大挖空率的预应力空心板加固难度大、采用常规方法加固效果差等问题,通过对多种加固方法的比较,初步选定了桥面增厚法、去梁增肋法,又进一步从技术性能、经济性能、结构性能三方面进行了分析比较.分析对比表明,去梁增肋铰接梁法改善了旧梁板的横向分布系数,提高了原结构抗弯、抗剪能力,新增肋的采用提高了桥梁结构整体可靠性.该方案具有施工难度小、造价适中、加固效果较好等优点,可在空心板桥上部结构加固中推广使用.     

采用横向预应力的装配式空心板桥受力性能与设计计算方法

为了提高铰缝结合面的开裂荷载和破坏荷载,解决空心板桥横桥向受力问题,研究了采用横向预应力的装配式空心板桥的受力性能,采用局部模型试验的方法分析了铰缝结合面受力机理,采用足尺模型试验的方法研究了空心板桥整体受力性能,并基于铰缝结合面受力机理,确定了横向预应力的上、下限,进而提出了横向预应力设计计算公式。试验结果表明：采用横向预应力结合面的法向和切向黏结强度分别为1.40~1.45和0.50~0.62 MPa,较未采用横向预应力分别提高了8.1%~12.5%和12.4%~38.3%,而且提高横向预应力可以提高结合面的法向和切向黏结强度;采用横向预应力的空心板桥足尺试验模型的破坏模式表现为空心板的开裂破坏,试验过程中未出现铰缝开裂现象;横向预应力的施加可以提高空心板之间的横桥向联系,避免结构由于铰缝结合面损伤而丧失横向传递荷载的能力并导致结构破坏,提高空心板桥的极限荷载;提出的横向预应力设计计算公式可以较好地计算空心板桥横向预应力的设计值。     

桥梁空心板铰缝维修的施工技术探究

空心板铰缝病害作为空心板桥的主要病害之一,直接影响到桥梁的使用寿命及安全。本文以某空心板桥为例,针对该桥的铰缝病害情况以及铰缝产生的原因,提出了适合于大多数空心板桥的铰缝维修施工方案,并对其施工技术和施工工艺进行探究。经实践证明,该施工方法通过加强铰缝和混凝土铺装的横向传力,保证了空心板的整体性,效果显著。     

基于火灾后PC简支空心板桥加固技术分析

火灾会一定程度地影响桥梁结构性能,甚至会危及桥梁运营安全。针对火灾后PC简支空心板桥结构损伤状况提出对应加固措施,采用Midas/Civil 2012有限元软件建立加固后桥梁空间梁格模型,对加固后桥梁的纵梁、横梁及立柱进行强度验算。结果表明,采用临时支撑加固PC简支空心板桥合理可行,可为类似桥梁火灾后的加固维修提供参考,也对进一步完善结构火灾损伤研究理论具有重要意义。     

空心板梁桥增强横向联系加固方法研究

空心板梁桥受力明确、设计方法成熟、施工快捷,在中、小跨径桥梁中所占比例较大。运营期间,空心板梁桥往往出现横向联系削弱、单板受力过大典型病害。横向联系减弱,个别空心板荷载效应会显著提高,进而产生或加剧结构性病害,甚至威胁结构安全。为此,针对较为突出的横向联系削弱、单板受力过大病害,归纳总结了粘贴钢板、张拉横向预应力、板端增设支撑和改变结构形式等有效加固方法。介绍了各加固方法的工作原理,对比分析各方法的适用情况,阐述了决定加固效果的施工注意事项。提出的方法均可以不阻碍交通正常运行,安全可靠,经济效益显著,对桥梁养护工作具有借鉴意义。     

空心板桥拓宽后承载潜力分析

针对目前公路中大量拓宽改造的空心板桥,通过计算旧桥及不同拓宽方式下旧桥各板的荷载横向分布系数,探讨其变化对桥梁结构的影响,并进行对比分析,以确定最优拓宽方案,为日后空心板桥拓宽改造提供理论指导。     

铰缝对宽幅空心板梁桥空间受力行为的影响

宽幅空心板铰缝失效后,此时只有桥面铺装层参与宽幅空心板间力的传递。而现行桥梁设计规范中均偏安全地不考虑铺装层刚度的影响。基于此,采用有限元分析方法建立了有、无铰缝的空心板梁桥计算模型,分析了荷载作用下两种模型的荷载横向分布以及整体结构的受力性能。结果表明:在弹性阶段(不考虑桥面铺装层开裂)有铰缝在一定程度上能够改善空心板的整体受力状态;铰缝构造能够显著地减小桥面铺装层下缘的横向拉应力。     

体外预应力加固钢筋混凝土空心板的试验研究

体外预应力加固技术施工方便、经济可靠,能有效地提高现有桥梁承载能力、改善结构性能,因而在既有加固梁桥中应用较多,但应用到钢筋混凝土空心板桥中还很少,因此其适用性还有待研究.在完成2片1∶1足尺空心板的制作、加固前后测试的基础上,对比分析了普通钢筋混凝土空心板用纵向体外预应力技术加固增强前后的挠度、应变、裂缝开展情况和极...     

预应力空心板桥桥面整体空间有限元分析

多种原因会造成预应力空心板桥桥梁损坏,承载能力明显降低,特别是桥面铺装病害尤为突出。通过对预应力空心板桥桥面受力特点进行分析,建立其整体结构空间有限元计算模型,并针对性地进行施加横向预应力分析,可为此类问题的解决提供参考。     

简支铰接空心板桥梁格法模拟的探讨

简支铰接空心板桥是我国公路小跨径桥梁的常用结构型式.梁格法是分析桥梁上部结构的一种空间分析方法,能准确模拟桥梁的整体受力特性,从而确定结构的支撑体系、偏载对结构受力的影响等.通过对福建309省道某简支空心板桥运用梁格法进行跨中影响线的计算,对比了平面计算方法与空间计算方法的误差大小,探讨了简支铰接空心板桥梁格法建模的关...     

某外贴CFRP板加固预应力空心板梁桥数值分析研究

外贴CFRP板加固混凝土结构是目前运用较为广泛的加固方法。针对某预应力混凝土空心板实际加固桥梁,总结了加固结构承载力计算公式,建立了Ansys有限元分析模型,进行了预应力空心板桥梁CFRP板加固前后的承载力计算,同时考察了最佳CFRP板预应力、混凝土强度对加固结构承载力的影响。有限元分析表明:有限元承载力分析值与承载力公式计算值较为吻合,验证了有限元模型的可行性。CFRP板加固预应力空心板结构提高了其抗裂能力,同时加固结构的承载力得到显著提高。加固后静载试验混凝土挠度、应变均降低。不同CFRP板预应力水平分析表明,CFRP板预应力过大或者过小均是不利的,本有限元模型中确定的最佳预应力大小为1 000 MPa,当采用C60混凝土时,加固结构的承载性能提高最有利。