压浆修复桥梁铰缝技术模型试验与分析

针对桥梁铰缝损坏修复,提出压浆修复技术。为研究该技术的可行性,以某跨径8m的钢筋混凝土空心板梁桥为原型,设计并制作该桥1／4缩尺模型,进行铰缝完好状态、损坏状态及压浆修复状态下模型试验,测试各工况下结构的位移、应变及横向分布系数。分析试验结果表明：铰缝完好状态时,荷载横向传递较好;铰缝损坏状态时,剪力传递不畅,横向分布系数极不均匀,呈跳跃性变化,在偏载工况下表现出严重的单板受力现象;压浆修复状态时,各板跨中荷载～位移、荷载～应变曲线恢复到铰缝完好状态下的水平,横向分布系数实测值与铰缝完好状态实测值及理论值相近,说明该压浆修复技术能够有效地恢复桥梁损伤铰缝的剪力横向传递能力。     

型钢-混凝土组合加固装配式空心板梁桥铰缝破坏模式及工作性能研究

为解决装配式空心板梁桥铰缝失效而产生单板受力难题,采用型钢-混凝土组合加固(顶板加固法)装配式空心板梁桥铰缝,以浙江省高速公路某13m装配式空心板梁桥为背景,对加固后铰缝破坏模式及工作性能进行研究。采用有限元软件分别建立铰缝局部(试件)有限元模型和空心板梁整体有限元模型,分析破坏状态下铰缝试件的应力特性和裂缝发展情况,计算跨中偏载作用下空心板梁的挠度特性、应力特性以及荷载横向分布系数变化规律。结果表明:型钢-混凝土组合加固能改变铰缝的传力方式,加固后铰缝破坏模式由弯剪破坏变为弯曲破坏;型钢-混凝土组合加固能显著改善铰缝的工作性能,提高空心板梁桥的承载能力以及加载刚度,促进多片板梁的协调变形,有效减小加载区域板梁与邻近板梁的荷载横向分布系数差异,避免出现单板受力;加固后的装配式空心板梁桥荷载横向分布系数理论计算建议采用刚接板梁法。     

考虑铰缝损伤的装配式空心板梁桥荷载横向分布系数计算方法

为准确计算装配式空心板梁桥铰缝损伤后跨中截面荷载横向分布系数,以5片空心板组成的装配式梁桥为研究对象,基于铰接板梁法,考虑铰缝损伤,提出修正铰接板梁法。基于铰缝损伤的受力特性(铰缝抗剪刚度变小,使铰缝两侧的空心板间产生附加挠度Δwi),引入铰缝刚度分配系数ξi和协同工作系数i,根据相邻板梁在铰缝处竖向相对位移为0的变形条件,推导出铰接力gi正则方程并求解,采用铰接力gi与荷载横向分布影响线竖标值ηij的对应关系,计算荷载横向分布系数。采用该方法计算4×13m简支钢筋混凝土空心板梁桥跨中荷载横向分布系数,并与荷载试验、有限元法及传统铰接板梁法的结果进行对比。结果表明:该方法的计算结果与桥梁荷载试验的结果较相符,验证了该方法的有效性。     

空心板梁桥超高性能混凝土(UHPC)铰缝弯剪受力性能研究

受普通混凝土(NSC)材料性能限制，空心板梁桥混凝土铰缝病害频发。在铰缝位置应用具有超高力学性能和良好界面黏结性能的超高性能混凝土(UHPC),可使铰缝受力性能得到明显改善，从而减少甚至避免铰缝病害的发生。首先通过数值模拟方法，得到了不同工况下装配式空心板梁桥铰缝截面的最大弯剪比；接着，为研究不同铰缝材料对结构在弯剪耦合作用下的主要开裂形态、承载能力和荷载～挠度响应的影响，对NSC铰缝试验梁(N—N)、UHPC铰缝试验梁(N—U)两组铰缝梁模型开展了三点静力加载弯剪试验；最后通过建立有限元模型，探究了不同弯剪比及铰缝结构形式对铰缝梁结构受力性能的影响规律。试验结果表明，所有铰缝梁均在铰缝与预制构件的交界面处发生初次开裂；与N—N试件相比，N—U试件初裂荷载和极限荷载分别提高了477%和104%,且N—U试件的刚度及抗裂性能均显著强于N—N。数值分析表明，与常规型铰缝相比，采用键齿形、倒T形、工字形铰缝及其组合结构形式的梁的初裂强度显著提高，构造优化的铰缝形式可以更好地确保各梁间的整体性。     

装配式混凝土空心板梁桥单板受力问题的数值解析

借助空间有限元分析软件ABAQUS,分析了装配式空心板梁桥铰缝开裂对桥梁跨中截面荷载横向分布的影响,分析了单侧铰缝开裂、双侧铰缝同时开裂的情况,通过数据回归分析得到了跨中截面荷载横向分布系数随铰缝开裂长度变化的规律,采用等效面积法得到了出现单板受力现象的铰缝开裂临界长度值,分析得出了以下结论:对于单侧铰缝开裂情况,建议临界铰缝长度定为1.0L;对于双侧铰缝开裂情况,建议临界铰缝开裂长度约为0.67L。该研究成果为养护检查中定量化判定"单板受力"问题提供了技术依据,同时也为装配式混凝土空心板梁桥横向整体性加固试验研究提供了理论参考。     

空心板梁桥单板受力数值分析及判定准则研究

针对空心板梁桥铰缝破坏导致桥梁出现单板受力的现象,运用MIDAS/FEA建立有限元模型,分析铰缝开裂对桥梁跨中截面荷载横向分布的影响,并通过数据回归分析得到加载板的荷载横向分布系数随铰缝开裂长度的变化,采用等效面积法得到桥梁出现单板受力时铰缝开裂长度临界值,为空心板梁桥日常养护检查中定量判定单板受力问题提供依据。     

混凝土空心板梁桥铰缝刚度折减研究

对于混凝土空心板梁桥,铰缝起着关键的横向传力作用,其力学性能的正确处理和模拟对于整个空心板梁桥受力分析有重要影响。利用混凝土抗拉强度随裂缝宽度变化模型和混凝土拉伸刚化模型,建立应力相对值和裂缝宽度相对值等变量,推导了铰缝处开裂混凝土的弹性模量(铰缝刚度)与裂缝宽度相对值之间的具体关系式,并给出了铰缝刚度折减系数的列式,实现了铰缝受力性能的正确模拟。同时,给出了不同强度等级的混凝土、不同缝宽对应的刚度折减系数。通过工程实例分析,表明本文研究的铰缝受力分析方法正确,提出的铰缝刚度折减系数具有一定的工程实用价值,结论可供实际工程参考。     

横向预应力加固空心板梁桥实例分析

针对装配式预应力混凝土空心板梁桥常见病害,如铰缝破坏、挠度过大等问题,以一座病害空心板梁桥背景,分析采用施加横向体外预应力的加固效果,简述该技术在该桥中的应用。为检验加固效果,在该桥加固前、后开展了静载试验。结果表明,该桥经横向体外预应力加固后主梁应变平均降低17%,挠度平均降低了18%以上,桥梁刚度和横向整体性得到改善;加固后主梁横向分布系数较加固前更加平滑,表明通过横向预应力加固可以改善病害空心板梁桥的荷载横向分布,该技术能有效解决"单板受力"问题,能起到有效的加固增强作用。     

空心板深铰缝设计优化研究

空心板铰缝的纵向开裂甚而与预制空心板完全脱离,直接引发空心板梁桥横向联系失效,甚至引起"单板受力",给桥梁结构安全埋下隐患。针对现阶段空心板常用的深铰缝构造,从铰缝的病害成因出发,通过有限元数值模拟分析了空心板梁桥深铰缝在车辆荷载下的空间受力特性,在此基础上提出合理的优化措施,并进一步对优化措施进行计算验证。结果表明,通过合理的优化配筋和铺装层厚度可以提升铰缝抗弯、抗剪承载力,改善铰缝的工作性能。     

装配式简支空心板梁桥体外横向预应力加固效果分析

为了修复装配式简支空心板梁桥的铰缝病害,采用体外横向预应力对其进行加固,通过有限元模拟计算以及静载试验对加固效果进行了分析评估,结果表明:体外横向预应力有效改善了空心板梁桥的荷载横向分布,增强了板间的横向联系,铰缝病害得到修复,可为类似桥梁的维修、加固提供借鉴.     

基于NC-UHPC的空心板梁铰缝快速加固修复技术的应用与实践

结合超高性能混凝土(UHPC)的材料抗裂性能及变形韧性强的特点,采用常温养护型超高性能混凝土(NC-UHPC)作为铰接空心板梁铰缝病害的快速修复技术材料,设计了铰缝修复方案;并以上海S19高速公路江家浜桥为示范工程开展了该技术的工程应用及实桥荷载试验。工程应用及荷载试验结果表明,该技术方案相比常规早强混凝土铰缝修复技术大幅减轻上部结构恒载负担,施工方便快捷;实桥荷载试验表明,该技术方案加固的结构刚度和整体性优于预期,在铰缝快速修复工程中有广阔的应用前景。     

现浇混凝土护栏对空心板边铰缝受力性能的影响研究

为在空心板梁桥设计中合理地考虑空心板边铰缝的受力性能,以杨司高架桥20 m单幅预制空心板梁为背景,考虑现浇混凝土护栏对其空心板边铰缝受力性能的影响并开展参数影响研究。采用Abaqus软件建立空心板梁有限元模型,对比考虑护栏前、后空心板边铰缝的受力性能,并分析护栏高度、护栏分缝深度及预应力等参数对空心板边铰缝受力性能的影响。结果表明：考虑现浇混凝土护栏参与受力后,边铰缝跨中剪力增大最大,增大82.6%,不满足欧洲规范要求,在空心板设计中应考虑混凝土护栏的影响;随着护栏高度增大,空心板边铰缝跨中剪力呈线性增大;随着护栏跨中分缝深度增大,空心板边铰缝跨中剪力先减小后反号增大,总剪力变化较小,剪力纵向分布规律显著改变;随着施加预应力的增大,空心板边铰缝跨中剪力和总剪力呈线性减小,剪力纵向分布规律变化较小。     

空心板桥新型粗骨料UHPC铰缝抗剪性能试验

为研究空心板桥新型粗骨料超高性能混凝土(UHPC)铰缝的抗剪性能,对14个铰缝试件进行了静力抗剪试验,试验参数包括铰缝混凝土材料类型、界面处理方式、抗剪钢筋构造形式、抗剪钢筋强度等级和配筋率。分析了试件的裂缝发展过程和分布规律、破坏模式以及各试验参数对铰缝抗剪性能的影响;同时,基于铰缝典型的荷载-位移曲线分析了铰缝的抗剪机理。试验结果表明：铰缝的裂缝宽度从下至上呈现逐渐减小的规律,由于传统配筋方式上部抗剪钢筋的位置靠近顶部,导致上部抗剪钢筋在铰缝抗剪承载力极限状态时尚未屈服,对抗剪承载力的贡献小。试件破坏模式分为2种：传统铰缝的界面剪切破坏;UHPC铰缝的预制混凝土块剪切破坏。UHPC材料、界面预留槽处理方式、抗剪钢筋新配筋方式以及提高抗剪钢筋的强度等级和配筋率,均能不同程度地提升铰缝的抗剪性能。与传统铰缝相比,新型粗骨料UHPC铰缝的开裂荷载、抗剪承载力和名义抗剪刚度提升幅度分别可达42.8%、185%和218.3%。当达到抗剪承载力极限状态时,UHPC铰缝主要依靠抗剪钢筋屈服提供的剪切摩擦抗力以及预制混凝土块剪断提供的剪切抗力来抵抗外荷载。提出了UHPC铰缝开裂荷载及抗剪承载力计算公式。计算结果表明：开裂荷载、抗剪承载力试验值与计算值比值的均值分别为1.47、1.19,变异系数分别为0.05、0.12,所提出的计算公式可以较精确和稳定地预测UHPC铰缝的开裂荷载及抗剪承载力。     

大铰缝空心板梁铰缝受力特点分析和配筋优化

空心板梁桥是我国应用最为广泛的桥型之一,但是在使用过程中出现一系列病害,以铰缝病害最为突出。现阶段空心板梁桥横向计算采用铰接板理论,认为铰缝只传递剪力不传递弯矩。实际大铰缝空心板梁桥横向既有剪力又有弯矩,计算理论需要改进。利用ANSYS对铰缝各个控制截面受力进行分析,验证了铰缝横向受到很大弯矩,现有设计不能满足要求;提出了铰缝的配筋优化方法,并利用欧洲规范中关于新老混凝土截面承载力计算方法,对铰缝进行纵横向抗弯强度、接触面抗压剪强度进行了验算,表明设计满足承载力要求,达到了优化的目的。     

采用自密实混凝土铰缝的空心板桥应用研究

本文针对装配式混凝土空心板桥铰缝常见的病害,提出在采用自密实微膨胀混凝土代替普通混凝土作为铰缝材料,以此保证新建桥梁铰缝混凝土施工质量。现场实桥荷载对比试验表明,普通混凝土和自密实微膨胀混凝土作为铰缝材料,在荷载横向传力性能上都是有效的。而自密实微膨胀混凝土铰缝要优于普通混凝土,主要反映在密实性,内部混凝土收缩裂缝较少等。这对于铰缝的耐久性较为有利。     

横向体外预应力在空心板桥加固中的应用研究

药湖大桥系江南最长的高架桥之一,总长9100m,上部结构均为标准跨径20m预应力混凝土宽幅空心板(单板宽1.55m)。经过10余年的运营使用,发现该桥存在铰缝破损较为严重且单板受力现象明显、空心板跨中反拱值偏大等结构性病害。本文通过对体外横向预应力加固该桥的机理进行了分析,并通过实桥静载试验对加固效果进行验证。计算与试验结果均表明,体外横向预应力加固空心板桥效果良好。     

空心板梁桥深铰缝受力性能研究

建立全桥空间有限元模型,对空心板梁桥深铰缝空间受力性能与破坏机理进行理论分析.采用现行规范标准车与旧规范重车荷载分别进行最不利布载进行分析.分析结果表明:标准车辆数与重车荷载产生的应力分布规律相同,铰缝受力模式为上缘受压,下缘受拉;在纵桥向应力过渡较均匀,单辆标准车纵向最大拉应力为0.7 MPa,横向最大拉应力2.2 MPa,说明深铰缝横向受弯效应显著;以影响面加载计算得到横向效应最大弯矩值为30.58 kN·m,竖向剪力最大值为40 kN,远小于开裂后的剩余抗剪承载力,在底部横向钢筋可靠连接下,铰缝不会出现抗剪破坏;为避免底部横向钢筋断裂后铰缝抗剪钢筋不足,提出了一种预埋交叉钢筋的优化方案.     

空心板铰缝质量对活载横向分布影响的实体模型空间分析

装配式混凝土简支空心板桥采用企口混凝土饺联结形成整体,共同承受车辆荷载。然而,由于种种原因空心板铰缝失效,导致传荷能力下降甚至形成单板受力,造成梁板的过早损坏,大大缩短桥梁使用寿命。本文采用MIDAS FEA空间计算分析软件来模拟板块和铰缝混凝土,通过铰缝参与工作的有效截面的变化来对比分析车辆荷载作用下不同铰接质量空心板内力的分布情况。     

同济路立交桥空心板梁桥加固方案比选

上海同济路立交桥空心板梁在运营多年后出现了纵向贯穿裂缝及大量铰缝破坏,为修复桥面病害,提出了常规加固方案(厚11cm的普通混凝土铺装层)与超高性能混凝土(UHPC)薄层加固方案(厚8cm的普通混凝土铺装层+厚3cm的UHPC铺装层)2种加固方案。为选择合理的加固方案,采用有限元分析软件MIDAS FEA建立了局部及全桥模型,分析了2种方案下空心板梁的破坏模态和桥面铺装层应力,并进行了悬臂梁模拟加载试验。结果表明:UHPC薄层加固方案可以大幅提高结构的极限承载力,较常规方案铺装层的承载力提高85.5%,且能够保持板梁的横向整体受力。因此,该桥选择UHPC薄层加固方案进行维修加固。     

装配式空心板梁榫卯结构设计研究

针对装配式空心板梁桥铰缝横向连接易破坏的问题,取消企口式现浇铰缝构造,设计将榫卯连接应用于装配式空心板梁横向连接中,利用相邻空心板梁间的摩擦力和机械咬合力传递剪力,提高横向整体性.榫卯结构尺寸决定空心板梁的受力性能和连接效果,以某高速公路上空心板梁桥为工程背景,采用ANSYS有限元软件进行数值模拟,分析榫卯倾角、宽度、...