铁路新型标准混凝土箱梁预应力锚固区力学行为精细化研究

标准混凝土箱梁在我国铁路建设中得到了广泛应用。铁路应用某新型标准混凝土箱梁,采用单排大吨位的预应力锚固形式,共计在梁端设置了17个预应力锚固区。相较于武广客专等应用的双排预应力钢束标准混凝土箱梁,其腹板预应力锚固区的局部应力分布及精细化力学行为值得进一步研究。通过建立新型标准混凝土箱梁空间有限元模型,考虑材料的非线性行为,对箱梁端部预应力锚固区的局部应力场及裂缝开展高精度计算分析。研究结果表明：预应力钢束张拉过程中锚固区混凝土最大主压应力位于N6(腹板最上部预应力钢束)的喇叭口边缘,为33.45 MPa;最大主压应力小于其抗压极限强度值,集中在喇叭口的环向范围内,整体呈现区域小、收敛快的分布形式;标准混凝土箱梁的主拉应力值随预应力钢束张拉不断增大,其中N3(腹板最下部预应力钢束)区域的主拉应力变化最为显著,张拉完成后,锚固区混凝土最大主拉应力达到了混凝土抗拉极限强度,主要分布于锚垫板四周,最大裂缝出现在N6锚垫板上边缘的两角处,裂缝宽度为0.088 mm。混凝土封锚可有效降低预应力锚固区的开裂风险,但在实际服役环境中仍应对此区域进行重点关注。     

预应力混凝土连续箱梁顶板早期裂缝控制研究

研究目的:预应力混凝土连续箱梁在施工时常采用二次浇筑施工方法,但在一些工程施工完成后发现箱梁顶板出现大量裂缝,其中沿横桥向裂缝较多,造成箱梁顶板在施工阶段出现早期裂缝的原因主要是由于二次浇筑过程中顶板与腹板混凝土之间的收缩差和顶板混凝土水化热的温度效应。本文结合实际工程,对预应力混凝土连续箱梁顶板在二次浇筑时进行水化热温度场和早期应变的连续监测,研究预应力钢束分阶段张拉对箱梁顶板早期裂缝的控制效果。研究结论:(1)由于二次浇筑的连续箱梁顶板与已浇筑的箱室腹板之间存在一定的温差,并且腹板对顶板有一定的约束作用,顶板混凝土有开裂的风险;(2)对预应力钢束进行一次张拉时,顶板早期将产生较大的拉应力,混凝土将开裂;对预应力钢束进行分阶段张拉时,箱梁顶板的早期应变和应力均有一定程度减小,可有效降低箱梁顶板混凝土开裂的风险;(3)预应力钢束采用分阶段张拉施工工艺对终张后箱梁的受力性能没有影响;(4)本研究成果可为预应力混凝土连续箱梁的施工提供参考。     

腹板斜裂缝对重载铁路32 m跨度预应力混凝土T梁受力影响仿真分析

针对出现腹板斜裂缝的重载铁路32 m预应力混凝土简支T梁(图号:专桥2040),分别假定4种不同斜向开裂状态并建立实体有限元模型,对运营荷载作用下在距梁端4～8m的(斜裂缝纵向分布区域)腹板混凝土主拉应力、预应力钢束和箍筋应力,以及跨中挠度进行计算分析.结果表明:腹板斜裂缝对梁体受力影响显著,与完好梁体相比,预设斜裂缝...     

单箱双室波形钢腹板PC箱梁剪力滞效应分析

研究目的:由于不同的刚度分布,波形钢腹板预应力混凝土箱梁截面剪力滞效应与普通预应力混凝土箱梁截面存在较大差异,为研究单箱双室波形钢腹板预应力混凝土箱梁的剪力滞效应,借助有限元分析软件ANSYS建立单箱双室波形钢腹板预应力混凝土箱梁空间模型,分析两种典型荷载工况下典型截面的应力分布,得到典型截面的剪力滞系数,并与普通预应力混凝土箱形梁作比较,分析讨论7种几何参数变化条件下箱梁剪力滞系数的变化情况。研究结论:(1)采用波形钢腹板略增大了各断面的最大剪力滞系数;(2)对于顶板而言,中腹板的剪力滞系数大于边腹板,底板反之;(3)剪力滞系数的主要影响参数是宽跨比、承托长度、顶板厚度,横隔板数量对剪力滞系数的影响甚小;(4)该研究成果对波形钢腹板预应力混凝土箱梁设计及计算分析具有参考借鉴价值。     

预应力连续箱梁施工过程中腹板斜向裂缝产生原因及防治

针对本桥125 m预应力连续箱梁在施工过程中沿腹板下弯束出现斜向裂缝问题,现场采用应力应变测试技术及多种措施进行防治。通过应力分析发现,施工中腹板斜向裂缝产生原因为桥梁纵向腹板束张拉完毕后腹板局部主拉应力过大所造成的,同时提出施工中腹板斜向裂缝的防治措施。     

UHPC锚固区传力性能试验与拉压杆模型分析

针对公路桥梁中应用2 300 MPa级超高强钢绞线可能导致锚固区劈裂的问题，以预应力混凝土小箱梁的梁端锚固区为研究对象，开展超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete,UHPC）和普通混凝土锚固区传力性能试验并对比二者的抗裂性能，建立三维有限元模型分析锚固区的应力分布，构建静定拉压杆模型分析UHPC超高强预应力锚固体系的劈裂效应。结果表明：应用UHPC超高强预应力锚固体系是可行的；与普通混凝土相比，UHPC锚固区的开裂荷载更高，裂缝发展更缓慢，抗裂性能好；基于静定拉压杆模型，计算得到小箱梁UHPC超高强预应力锚固区内的劈裂力为873 kN，结果偏安全，可用于指导梁端的配筋设计。     

轨道交通U形梁横向预应力的设计研究

国内已建轨道交通U形梁底板横向均为允许开裂的普通钢筋混凝土结构。为避免底板出现裂缝,提高结构刚度和耐久性,进行U形梁横向预应力的应用研究。针对U形梁为开口薄壁结构、腹板和底板平滑过渡的构造特点,横向预应力采用管道尺寸小的扁锚后张法有黏接预应力,沿两侧腹板和底板呈环向布置。利用空间三维实体有限元模型对轨道梁进行应力分析,计算表明,对于B型列车荷载,当横向预应力筋规格为BM15-2、纵向按1 m的间距布置时,底板应力分布均匀,并满足允许混凝土出现拉应力但不允许开裂的受力要求。横向预应力筋构造布置避开纵向预应力筋、声屏障预埋件等。后张法横向预应力施工不增加张拉台座的施工时间,不影响工期。采用单端张拉、相邻钢束交错张拉的方式,可减少张拉工作量。该U形梁已应用于宁波机场路南延工程,并完成设计、施工。     

预应力混凝土连续箱梁桥施工中腹板斜裂缝分析

白水冲特大桥箱梁在悬臂施工过程中出现腹板斜裂缝,通过对裂缝出现位置、走向和形态的分析,认为裂缝并非受力裂缝。混凝土应变测试结果表明,张拉钢束引起的垂直钢绞线的混凝土横向膨胀超过极限拉应变,裂缝产生的主因是设计中对锚固区局部应力考虑不足,经锚固端一定范围增设钢筋即可抑制开裂。该桥裂缝的分析和处理为同类问题提供参考,同时也说明,设计、施工等环节中若能周全考虑,很多裂缝可以避免。某些裂缝经适当处理,亦不会对结构安全和使用性能造成大的影响。     

扁平超宽连续箱梁桥空间受力性能分析与研究

扁平超宽箱梁桥由于具有较大的宽跨比,其受力性能呈现明显的空间效应,通常的单梁模型计算已不能满足设计的精度要求,主要体现在宽箱梁各腹板纵向受力的差异性以及明显的剪力滞效应,同时由于大宽跨比使得横向预应力的作用不仅增加了顶板的压应力,也使得整体箱梁截面下缘出现拉应力,造成边腹板底部纵向裂缝,这些都给宽箱梁的设计带来了不利。因此为研究宽箱梁的空间效应,本文运用ANSYS有限元软件建立了全桥实体模型,计算了各腹板纵向受力差异及剪力滞效应,以及横向预应力对箱梁横向受力的影响,得到了一些有益的结论,为设计人员提供一定的参考。     

预应力混凝土箱梁的端块应力分析

秦沈客运专线大量采用32 m预应力混凝土箱梁,其端部的锚下应力分布复杂。利用有限元软件建立箱梁的三维实体模型,并详细分析计算结果,得出以下结论:端块长度约为1个梁高,与预应力传递长度基本相同;端块不仅分布有纵向应力还有横向拉应力,甚至超过了混凝土抗拉极限强度。因此建议在设计过程中,应将端块应力控制在混凝土抗拉极限范围内,对局部高应力区应配置足够的非预应力筋以限制裂缝开展。     

预应力箱梁外侧腹板张拉槽口裂缝分析及预防措施

深圳市某桥为四孔一联预应力混凝土等高度变宽连续异形箱梁，其支点负力矩钢束两端锚固在腹板下缘的槽口上，在预应力张拉过程中，锚后出现较为严重裂缝。文章分析裂缝的成因并提出预防措施。     

弯剪开裂后预应力混凝土梁承载能力试验研究

某预应力混凝土简支箱梁桥在L/4跨径处梁体腹板出现较多弯剪裂缝。本文基于荷载试验及理论分析的方法对该桥进行状态评估,对梁体腹板裂缝形态、数量及分布规律进行了统计分析;通过静载试验测试跨中正截面承载能力和斜截面开裂处钢筋应力,通过动载试验测试梁体腹板开裂后结构刚度,对开裂梁体的正截面及斜截面承载能力进行评估,并结合理论计算分析腹板斜截面裂缝产生的原因。研究表明:对于预应力混凝土简支箱梁桥,在结构的正截面承载能力及结构刚度尚能满足设计要求的情况下,不能排除斜截面承载能力不足,需要引起重视。     

预应力混凝土连续箱梁桥裂缝防治与研究

根据预应力混凝土连续箱梁桥的特点,在分析调查裂缝产生的原因基础上提出了该类桥的裂缝可分为9种类型。基于连续介质力学的理论,推导了考虑翘曲,横向弯曲,畸变引起的二次应力的预应力变截面混凝土箱梁的空间分析的U.L.列式,编制了计算程序,可方便进行混凝土多室箱梁线性与非线性分析;对具体工程桥梁进行分析,其计算的拉应力区域和开裂区域与实际观测结果一致;提出了预应力混凝土连续箱梁桥在今后的研究中应解决的几个基本问题。     

铁路斜腹板简支箱梁温度应力计算方法研究

温度应力是导致预应力混凝土桥梁结构产生裂缝的主要原因之一。为了研究箱梁温度应力分布规律,以盘营客运专线单线预制斜腹板箱梁为研究对象,分别采用规范计算法、考虑空间整体效应的温度应力计算法~([1])、有限元计算法3种方法,对箱梁温度应力进行系统的计算分析,并对各方法计算结果进行比较。结果表明,规范法未能考虑空间整体效应,是偏于不安全的,考虑空间整体效应的温度应力计算法与有限元计算法吻合较好。设计中应考虑空间整体效应的影响,方能得出与实际更吻合的应力结果。结合盘营客运专线简支箱梁温度应力计算结果,提出斜腹板箱梁温度应力的计算方法,为工程设计和施工提供可靠的依据。     

杭州湾大桥梁上运梁过程仿真分析

对杭州湾大桥非通航孔滩涂区的50 m箱梁上运梁过程进行空间仿真分析。按照实际工况荷载,考虑预应力空间效应,施加等效节点力,并合理考虑支座等细部建模,建立精密的三维实体有限元仿真模型。混凝土的材料特性按现行公路桥梁设计规范取值,考虑最不利计算荷载,支座底部按刚性单元模拟,而与梁相接触层的弹性模量满足梁端回转变形时不出现拉应力,在结构离散时尽可能细分单元网格,由于梁端的应力相对复杂,采用比跨中更密的单元网格。计算承重箱梁整体变形和空间应力分布特性,结果为,由于载荷位置在支座附近,变形相对较小,最大挠度在反拱位移之内。支座截面的最大主拉应力发生在底板上表面侧,超过混凝土的开裂强度,因此,对该区域的混凝土应采取加劲处理,以防止混凝土拉裂;最大主压应力发生在架桥机肢腿处附近,小于混凝土的抗压强度。     

预应力简支T梁病害分析及加固设计

广州一座高架桥预应力混凝土简支T梁跨中区域腹板上部近承托处存在纵向裂缝，且局部开裂伴有碎边现象。本文建立了有限元模型对腹板开裂病害原因进行分析，并提出了增大腹板截面、增设预应力碳板和跨中横隔梁的加固设计方案。结果表明：原桥在不考虑桥面铺装参与结构受力的条件下，车辆荷载局部轮载将会使得T梁跨中区域腹板顶部出现较大的竖向拉应力，与纵向裂缝的位置较为一致；加固后，T梁承载能力富余度增加，梁体下缘拉应力得到明显改善；同时T梁腹板局部承载能力及裂缝宽度均满足规范要求。     

基于叶溪河大桥的配索方案对比研究

大跨预应力混凝土连续箱梁桥采用纵向直线预应力和竖向预应力相结合,取消下弯索,施工方便;但竖向预应力筋基本是粗短的螺纹钢筋,本身有效预应力很不可靠,主拉应力实际上不能完全抵消,腹板截面容易出现斜裂缝,影响结构的使用寿命。曲线预应力索较长,后期预应力损失较小;叶溪河大桥采用了主要依靠曲线预应力抵抗主拉应力和竖向预应力作为安全储备的配索方式,大桥从修建到竣工两年内没有出现斜裂缝,实测和分析表明其有效预应力可靠性高,在设计和施工中应加以推广。     

非对称超大跨度单线连续刚构设计与研究

研究目的:以新建铁路兰州至重庆线广元至重庆段的重点控制性工程朝阳嘉陵江右线大桥为例,对非对称超大跨度单线连续刚构的结构形式、结构受力情况、施工方法等进行具体分析和研究,为类似桥梁设计和施工提供参考。研究结论:(1)在桥墩设计时,采用纵向直坡,横向变坡的双壁墩,在保证结构有足够横向刚度的前提下可有效降低结构的纵向刚度,满足大跨连续结构的受力要求;(2)取消双薄壁中的横联,可使结构更轻盈美观;(3)在梁部设计时,优化纵向预应力的布置,取消腹板上弯束,依靠纵向预应力钢束和竖向预应力钢筋可克服主拉应力,避免大跨结构腹板的开裂。     

顶板横向预应力钢束对箱梁横向计算结果的影响

研究目的:研究顶板横向预应力钢束对箱梁横向计算结果的影响,给箱梁结构设计提供借鉴和帮助。研究方法:以达成线唐家渡涪江双线特大桥和襄渝线三汇镇渠江三线特大桥预应力混凝土连续箱梁为例,采用M IDAS进行箱梁横向分析计算。研究结果:通过实例分析计算得出,当顶板设置横向预应力钢束时,梁体弯矩方面:顶板、腹板顶部弯矩均明显减小,底板弯矩稍有增大;梁体应力方面:顶板处于受压状态,不出现拉应力,底板拉应力稍有增大。研究结论:合理设置顶板横向预应力钢束是非常有利的。但如果顶板横向宽度不大,且顶板结构高度不受限制时,则不必设置顶板横向预应力钢束。     

预应力混凝土箱梁桥腹板主应力影响因素研究

研究目的：为控制大跨度箱梁桥腹板斜裂缝的出现，对腹板主应力的两项影响因素，竖向预应力筋的构造形式和腹板厚度变化方式进行了研究。 研究方法：在腹板厚度的各种变化形式下，采用桥梁分析软件对腹板主拉应力进行了计算和分析。同时，针对普通形式竖向预应力筋的缺点，提出了另外两种竖向预应力筋的布置构想；并采用Ansys软件对竖筋各种构造形式下的腹板主应力进行了空间有限元对比分析。 研究结果：得出了腹板厚度不同变化情况下的腹板主应力曲线；竖向预应力筋不同构造形式下腹板主应力变化曲线和局部梁段节点第一主应力云图。 研究结论：（1）腹板厚度变化方式的取用是一个重要的裂缝控制因素，应尽量采用较为缓和的变化方式。（2）与普通型竖筋相比，U型竖筋的优势是可以使U型区域内的腹板混凝土受到整体预压应力作用，限制腹板主拉应力的出现和大小。新型竖筋构造形式对腹板主应力的影响分析，对连续体系箱梁的竖筋合理布置提供了参考意见。