波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁塑性铰长度研究

为研究波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁的塑性铰长度问题,采用有限元数值计算与既有试验数据相结合的方法,确定这类箱梁在地震等破坏荷载下的内力重分布及塑性变形能力。基于OpenSees平台建立了波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁的非线性有限元数值计算模型,利用2个不同学者的试验数据,从破坏荷载、跨中挠度、体外预应力筋应力增量、混凝土压应变等方面验证了数值计算模型,并对比分析了计入剪切变形和不计入剪切变形对箱梁挠度的影响;在此基础上,对影响波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁塑性铰长度的参数进行了研究。最后,通过比较已有公式的塑性铰长度计算值与数值模拟值,提出了适合波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁的塑性铰长度计算式。结果表明:实际计算中可以不计入剪切变形对波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁挠度的影响;剪跨比和有效预应力对波纹钢腹板体外预应力混凝土箱梁的塑性铰长度有显著影响,而受拉钢筋面积和混凝土强度对该类箱梁塑性铰长度的影响相对较小。     

波形钢腹板剪切屈曲分析

波形钢腹板组合箱梁最显著的受力特点是:混凝土顶底板抗弯,波形钢腹板抗剪。该文介绍了美国Hamilton教授的剪切屈曲试验情况,并对试验梁进行了弹塑性局部屈曲和整体屈曲有限元分析;采用小挠度线性理论,将局部屈曲和整体屈曲板件分别比拟成四边受剪的矩形板和正交异性板,推导了各自的临界剪应力计算公式。理论分析值与试验结果、空间有限元计算值吻合较好,说明该文的理论公式可以在设计中应用。     

曲线宽箱梁桥模型试验研究

模拟实际工程,采用有机玻璃按1∶30的几何尺寸,制作3跨曲线连续宽箱梁模型。通过静载试验,实测得到了曲线宽箱梁的应力与挠度横向分布规律,分析了曲线宽箱梁内、外侧受力的不均匀性,包括支座反力、应力及挠度的不均匀性。有限元分析结果与试验数据比较,表明两者吻合较好。     

悬臂波形钢腹板组合箱梁模型试验研究

通过对有机玻璃波形腹板悬臂组合箱梁模型试验研究,考察了在单点对称加载作用下悬臂波形腹板箱梁的力学性能,同时对结构截面应变、变形和腹板剪应力计算进行了理论分析,并提出了考虑剪切变形影响的悬臂波形腹板组合箱梁的挠度计算公式。结果表明:悬臂波形腹板组合箱梁的实测应力与理论结果一致;腹板纵向应变分布满足平截面假定;波形腹板承担了截面大部分的剪力;悬臂波形腹板组合箱梁的挠度计算应计入剪切变形所产生的挠度增量,该结果可为工程设计和施工控制提供重要的参考依据。     

横向分段施工预应力混凝土斜箱梁的模型试验研究

根据工程实际需要,提出横向分段施工预应力混凝土斜箱梁结构的施工方式,并对此施工方式的箱梁桥和整体浇筑的箱梁桥进行模型试验研究与有限元计算。通过各种工况的试验加载,及对实测得到的试验数据（挠度和应变）数理统计、图表分析比较和相应的有限元分析,定量比较了两者的受力性能差异,即混凝土开裂前,横向分段施工预应力混凝土斜箱梁的挠度比整体浇筑斜箱梁的挠度约大5．3％,纵向应变比整体浇筑斜箱梁的纵向应变大13．5％,湿接缝的纵向应变是整体浇筑施工斜箱梁的纵向应变的59％。横向分段施工预应力混凝土斜箱梁截面上存在着预应力的应力重分布,此重分布应力对湿接缝的混凝土受拉变形产生了抑制作用,且现有的有限元通用程序尚无法计算此应力重分布值的大小、     

大跨波形钢腹板预应力组合箱梁桥线形控制技术研究

波形钢腹板体外预应力组合箱梁的显著特点是用波形钢腹板取代了混凝土腹板,其受力性能与常规预应力混凝土箱梁有较大差别。为了研究剪切变形和日照温度效应对大跨波形钢腹板预应力组合箱梁桥线形控制影响,本文以桃花峪黄河大桥跨大堤桥为背景进行了分析,研究表明:(1)剪切变形对大跨波形钢腹板预应力组合箱梁挠度影响不可忽略,需要以能精确模拟此类结构构造特点的空间有限元分析计算为基础进行该类结构线形控制。(2)在日照温度挠度效应方面,波形钢腹板预应力组合箱梁的日照温度挠度效应趋势和常规PC箱梁相同,但是其温度挠度变化比同跨径常规PC箱梁小。     

预应力混凝土小箱梁长期性能评估研究

以某工程长期存放的预应力混凝土小箱梁为研究对象,对小箱梁拱度值进行测量,分析小箱梁拱度值分布规律,并与理论计算结果进行对比,对偏差原因进行分析,通过静荷载试验检验梁体技术状况。结果表明,在正常使用极限状态跨中最大正弯矩作用下,结构的应力、挠度校验系数满足荷载试验规范要求,试验梁测试断面未发生开裂,处于弹性工作状态。     

波形钢腹板预应力混凝土箱梁足尺模型试验研究

根据国内首座波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁公路桥———泼河大桥的箱梁构造尺寸,设计了足尺模型试验梁,对其力学性能进行了试验研究。测试了波形钢腹板及顶板的混凝土纵向应变分布、挠度以及腹板剪力、体外预应力增量等问题。研究结果表明:波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁的混凝土顶板和底板主要承担弯矩,波形钢腹板则主要承担剪力,箱梁的计算挠度应考虑钢腹板剪切变形的影响,混凝土顶板存在明显的剪力滞效应,同时得出在荷载作用下体外预应力增量呈线性变化规律,且应力增量很小。     

体外配置CFRP预应力筋混凝土箱梁受力性能试验研究

制作了体外配置碳纤维(CFRP)筋预应力混凝土薄壁箱梁模型,对模型箱梁从CFRP预应力筋张拉、加载至混凝土开裂这一过程进行了试验研究,研究了预应力损失和均布荷载作用下箱梁跨中截面应力-应变分布规律、受压翼缘有效分布宽度系数、跨中挠度、抗裂性能以及CFRP体外预应力筋的应力变化情况,试验表明该箱梁具有良好的抗裂性能与变形性能,混凝土开裂引起顶板受压翼缘有效分布宽度系数增加小于5%。该研究为CFRP体外预应力筋在混凝土薄壁箱梁中的推广应用提供了可靠的试验依据。     

均布荷载作用下波形钢腹板简支箱梁的挠度

基于波形钢腹板组合箱梁的特点,在其承受均布荷载作用下,运用能量变分原理推导了波形钢腹板简支箱梁考虑箱梁剪力滞效应和波形钢腹板剪切效应下的挠度计算公式.结合室内模型试验梁的实测值和ANSYS三维有限元的计算值,对该公式的正确性进行了验证,同时分析了这2种影响因素对波形钢腹板简支箱梁挠度的影响程度.结果表明:该公式的计算结果与实测值及有限元计算值吻合良好;在承受均布荷载作用下,与初等梁理论计算的挠度相比较,剪力滞效应和波形钢腹板的剪切效应分别增大波形钢腹板简支箱梁挠度的1.82％和36.36％,因此在实际计算中必须考虑波形钢腹板剪切效应对挠度的影响,而可以忽略剪力滞对挠度的影响,研究结论可为今后波形钢腹板箱梁桥的设计计算提供参考.     

波形钢腹板预应力混凝土箱梁的试验研究

为研究波形钢腹板预应力混凝土箱梁这种新型桥梁结构的力学性能,根据国外已建实桥的箱梁尺寸,设计了缩尺模型试验梁。通过测试模型梁在静力荷载作用下的挠度和应变,来分析这种箱梁结构的弯曲、扭转和畸变等力学特性。试验结果表明:在弯曲荷载作用下,波形钢腹板主要承担剪力,而弯矩仅由混凝土顶板和底板来承担,同时箱梁的挠度应计及钢腹板的剪切变形的影响。另外,波形钢腹板预应力混凝土箱梁对偏心荷载作用时产生的扭转变形和畸变的抵抗能力相对较差。波形钢腹板预应力混凝土箱梁具有区别于传统混凝土箱梁结构的的力学特性。     

横向分段施工预应力混凝土斜箱梁极限承载能力研究

为了分析横向分段施工预应力混凝土斜箱梁(简称分段合成斜箱梁)与整体浇注预应力混凝土斜箱梁(简称整体浇注斜箱梁)极限承载能力差异,建立分段合成斜箱梁和整体浇注斜箱梁的两个大比例试验模型;在两个模型的关键截面布设应变和挠度测点,采集两者在分级加载试验过程的挠度、应变数据,观测混凝土开裂情况。对采集的数据整理分析,比较两者在加载过程中结构的开裂情况、极限承载能力大小和受力性能的差异。根据结构受力特点,提出分段合成斜箱梁极限承载力的有限元分析方法;应用有限元程序ANSYS对两个试验模型的极限承载能力进行分析,分别与试验结果进行比较,验证了有限元模型的准确。通过试验和有限元比较分析,结果表明分段合成斜箱梁跨中截面湿接缝的混凝土先于整体浇注斜箱梁混凝土开裂,整体浇注斜箱梁梁肋底部混凝土先于湿接缝对应位置的混凝土开裂,且前者的开裂荷载低于后者,但两者的极限承载力相差甚微,基本相等;通过有限元分析斜交角和抗弯抗扭刚度比两个参数,表明整体浇注斜箱梁的极限承载能力随着斜交角的增加而增大,随着抗弯抗扭刚度比的减小而增大,但增大幅度较小。     

考虑防火涂料的PC箱梁时空温度场及刚度退化试验研究

为了明确涂有防火涂料的预应力混凝土（PC）箱梁火灾温度场及火灾后的刚度退化性能,针对3片有、无膨胀型防火涂料的PC简支箱梁开展了火灾模型试验研究。基于预应力混凝土梁受火性状推导了刚度衰变率与挠度衰变率关系方程,通过分析混凝土箱梁截面时空温度场分布状态,基于分区域理论提出了一种PC箱梁受火损伤后初始截面等效刚度简化计算方法,并基于自振频率推导了受火梁动刚度计算公式;对模型梁进行了火灾后的静力逐级加载和动力性能试验,分析了受火梁挠度、频率等静、动力参数的变化规律,研究了受火损伤状态对箱梁静、动力特征参数的影响;基于理论计算和试验数据对比分析了受火梁静、动力刚度在不同损伤状态下的退化规律。研究结果表明：膨胀型防火涂料的使用显著降低了预应力混凝土箱梁的高温敏感性,混凝土温升速率明显下降,大幅降低了混凝土结构温度,有效减少了混凝土结构开裂和爆裂现象;受火试验梁的截面静刚度随荷载增加而逐渐减小,且初始损伤越大,进入弹塑性阶段发展越快,越早达到结构极限承载力;初始损伤状态对结构截面静刚度的影响大于对结构动刚度的影响,且截面静刚度衰减速率比动刚度衰减速率更快。提出的受火梁静、动刚度及固有频率的简化计算方法可为火损箱梁的结构静、动力性能初评估提供理论依据。     

基于现场监测的超宽弯斜混凝土箱梁力学特性分析

为掌握宽弯斜混凝土箱梁的荷载效应分布特征,以某5×20m的预应力混凝土连续梁桥(箱梁宽54m,曲线半径小,斜交)为背景,开展从混凝土箱梁浇筑至运营前共1年的监测,采集并分析箱梁的应变和挠度;基于梁格法,建立箱梁有限元模型,分析箱梁纵、横向应力及竖向挠度。结果表明:监测期内,箱梁的应变和挠度变化显著;钢束张拉后箱梁跨中底板横向压应变小幅减小;满堂支架拆除后箱梁应变调整1～2d;箱梁纵向应变长期趋于平稳;预应力引起跨中上拱,曲线内侧至外侧上拱幅度逐渐减小;跨中断面横向应变比例集中在0～1且极值相差很小;弯桥与直桥跨中断面纵向应力差与曲线半径正相关;弯扭耦合作用下箱梁外侧箱室挠度陡增;宽跨比较大的曲线箱梁可按梁格法计算,进行纵向配束,并加强横向设计。     

考虑剪切剪滞双重效应波形钢腹板组合箱梁的矩阵分析

为了更精确地研究考虑剪切剪滞双重效应波形钢腹板组合箱梁的力学性能,首先运用有限元分析方法,在综合考虑剪力滞与剪切变形双重效应影响的基础上,通过能量变分原理导出了波形钢腹板组合箱梁的控制微分方程并给出了解析解;之后在该解析解的基础上进一步推导了单元刚度矩阵及结点荷载列阵,还根据相关方程编制了FORTRAN有限元程序;最后将室内模型试验梁对波形钢腹板简支梁和连续梁的实测结果与所提理论的计算结果、ANSYS实体单元模型的计算结果进行对比分析。结果表明:所提理论和模型试验、有限元模拟3种方法所得剪力滞系数和挠度值吻合良好,且理论计算值与模型试验实测值所得跨中剪力滞系数、挠度值更接近;简支梁在承受集中荷载作用比承受均布荷载作用同一截面处的剪力滞效应影响大,连续梁在承受集中载荷作用时,在支座附近处截面的剪力滞效应的影响比跨中要大,并在靠近弯矩零点的一部分区域内表现出负剪力滞现象;波形钢腹板简支梁、连续梁的剪力滞系数随跨宽比的增大而呈曲线减小。研究成果可将波形钢腹板考虑双重效应的复杂计算问题,方便地纳入普通杆系结构矩阵位移结构体系中,可直接得到用于结构设计的剪力、弯矩,从而避免建立复杂的ANSYS有限元模型。     

香港南香洲桥的调查和加固方案

联接香洲岛和大陆大埔的南香洲桥建于70年代初,它是一座由五个T构单元组成的预应力混凝土箱梁桥,在跨中剪力铰和两端桥台处均设置有伸缩缝。在使用中发现,桥梁悬臂端的挠度增加迅速。通过对桥梁的全面检查,并重新作了理论分析后,提出了在箱梁顶板翼缘处施加预应力的方法来恢复桥梁的部分挠度。     

体外配筋预应力混凝土箱梁变形与裂缝试验研究

在体外配筋预应力混凝土箱梁试验研究的基础上,分析其变形和裂缝的规律,比较多种现行混凝土规范变形和裂缝公式的计算结果,得出适合体外预应力配筋混凝土箱梁在正常使用极限状态下平均裂缝间距、最大裂缝宽度和跨中挠度等相关计算公式,其计算结果与试验实测值具有较好吻合性。     

梁格法在箱梁桥静载试验中的应用

梁格法是一种能较好地模拟原结构的空间结构分析方法,它能得到主要控制断面的挠度、应变数据,以满足箱梁桥静载试验理论计算要求。以虎坑大桥为研究对象,利用MIDAS／Civil分别建立箱梁梁格模型和整体杆系模型,根据试验结果分析判定该桥的使用状况,对梁格理论的理解及应用提供借鉴参考。     

大跨度桥梁荷载试验结构变形测试与分析

采用桥梁静载试验是对在役桥梁安全评价的有效方法。文中通过对某5跨连续箱梁桥进行静荷载试验,利用有限元软件建立全桥数值仿真模型,分别分析该桥在2~3跨、3~4跨时L/2截面和L/4截面的挠度值;4号墩墩顶荷载下负弯矩值。经过测试,该桥在跨中截面最大的挠度值为11.1mm,而计算值为11.5mm。对3种荷载工况下的挠度值进行对比分析,得出该桥的实测值和理论计算值吻合较好,表明该桥具有足够的桥梁安全储备。     

匝道设缝墩曲线刚构桥模型试验研究

提出的匝道设缝双肢墩小半径曲线刚构桥新结构体系,具有结构整体性好且利于抗震、城市桥梁美观等优点,还可望能彻底解决曲线桥的倾覆问题。采用有机玻璃根据相似原理设计制作3跨1/30的试验模型,通过静力加载试验测得模型的应变和挠度。运用有限元软件ABAQUS建立不同半径的实体单元模型,对比分析匝道设缝双肢墩小半径曲线刚构桥的受力不均匀性。结果表明:荷载作用在边跨跨中时,边跨箱梁底板内外侧应力、挠度、支座反力及墩身应力的不均匀性较大,且支座反力与墩身应力不均匀性大于箱梁应力、挠度的不均匀性;荷载作用于中跨时结构受力较均匀;随着半径减小,箱梁挠度、支座反力及墩身应力不均匀性皆增大。