基于波传播法的钢-UHPC组合结构脱粘损伤识别研究

钢-UHPC组合结构作为一种新型结构,其交界面通过栓钉紧密结合,以保证二者协同受力。在实际应用中,若钢-UHPC界面发生脱粘损伤,将不可避免地影响结构使用性能。基于波传播法的PZT测试技术是一种简单有效的现场无损测试方法,可用于钢-UHPC界面脱粘等微小缺陷的检测。设计了钢-UHPC组合梁模型,运用波传播法对实验梁的负弯矩加载历程进行了监测,通过分析接收信号幅值等特征参数,对加载历程中的局部界面脱粘损伤进行了识别,结果表明,波传播法能够较好地识别出钢-UHPC界面脱粘损伤。     

双塔单索面大悬臂钢-STC组合桥面斜拉桥受力性能的研究

清远市北江四桥为双塔单索面超宽幅大悬臂钢-STC桥面板钢-混凝土混合斜拉桥,超宽幅钢-STC轻型组合桥面横向悬臂大的结构特点,使该桥在横向偏载情况下,钢-STC层承受较大的拉应力。钢桥面的疲劳问题一直是桥梁设计关注的重点,对该桥应用热点应力法重点分析STC对该桥钢桥面疲劳性能的影响:超宽幅钢-STC轻型组合桥面的局部刚度由于STC层的介入而大幅提高,降低了钢桥面板的活载应力幅,进而延长疲劳寿命,通过疲劳受力分析对STC层及钢箱梁在横隔板、U肋腹板等疲劳细节位置的抗疲劳性能进行研究。     

基于压电陶瓷波动法的预制拼装结构界面损伤识别研究

针对因荷载及环境等多因素影响下预制拼装结构中拼缝界面出现脱黏、滑移、分离等问题,提出了一种基于压电陶瓷波动法的预制拼装结构界面损伤识别方法。该文设计并制作了一个预制拼装试件,将压电陶瓷通过水泥浆进行封装并预先埋置在试件内部作为驱动器与传感器,再利用千斤顶给试件施加剪切力模拟试件剪切破坏,运用压电陶瓷波动法的结构健康监测原理及均方根偏差RMSD(Root Mean Square Deviation)公式,定义了预制拼装结构界面的损伤指标DI(Damage Index),通过监测预埋在预制拼装试件中的智能骨料SA(Smart Aggregate)的频谱值变化规律,并对比预制拼装试件的健康状态工况、轻度损伤状态工况及重度损伤状态工况下的小波包能量值与损伤指数。试验结果表明:预制拼装结构界面损伤指数DI会因界面损伤程度增加而增大,且能有效地量化预制拼装结构的损伤程度。上述研究成果验证了压电陶瓷波动法在监测预制拼装结构界面损伤的可行性。     

钢-STC轻型组合结构桥面技术在株洲枫溪大桥的应用研究

钢-STC轻型组合结构桥面是基于超高韧性混凝土(STC)基础上研发的一种超级桥面结构;它通过剪力连接件的作用,使密配筋的STC层与正交异性桥面板协同受力,大幅度降低了钢桥面的疲劳应力幅,并有效解决了钢桥面铺装层易破损的世界难题。该文通过株洲枫溪大桥的运用实例,对钢-STC轻型组合结构桥面的施工技术及工艺要点进行总结和归纳,为推动该项技术的应用发展提供经验。     

GFRP-混凝土组合桥面板的疲劳性能试验研究

为研究现浇GFRP-混凝土组合桥面板的疲劳力学性能,探究组合桥面板的工程适用性,利用疲劳机(型号JAW-500K)完成了一片现浇试件的210万次疲劳荷载试验研究。试件采用粘钢胶掺加砂石的方式处理GFRP和混凝土的界面连接问题,加载方式为组合简支板跨中两点对称单调加载(即四点弯曲试验)。试验测量了一定加载次数后试件的跨中挠度、端部滑移和跨中截面沿高度方向的应变等结果,观察记录了裂缝数量和其对应荷载,分析了试件的刚度、应变分布和界面相对滑移等。疲劳试验完成后对组合板进行静载破坏试验,进一步分析了组合板的剩余承载力和界面相对滑移等。研究表明,该组合桥面板疲劳加载过程中刚度缓慢降低至稳定状态,剩余承载力相较于静载试件仅稍有降低, I型粘钢胶和砂石作为界面材料基本可以保证混凝土和GFRP板的整体性,弯剪区表观裂缝数量少。该组合桥面板刚度变化稳定,剩余承载能力折损小,界面抗滑移效果显著,抗裂性好,是一种抗疲劳性能良好的组合板形式,可为同类桥梁设计提供参考。     

用于钢管混凝土防脱粘检测的新技术

钢管混凝土拱桥以其较大的跨越能力、便捷的施工方式、美观的造型等优点,在我国桥梁建设中被广泛地采用。但是钢—混凝土的界面损伤(脱空),会严重影响工程质量和安全,受到工程界普遍关注。针对这一问题,以陕西一座大跨径拱桥为工程背景,探讨一种利用高精度位移计组装的无线采集系统来监测钢管混凝土界面损伤的新型技术。通过对比试验认定在钢管内壁焊制栓钉,可以有效防止钢管混凝土的脱粘。     

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。     

钢管混凝土拱肋脱粘脱空受力机理研究

针对在钢管混凝土拱桥拱肋普遍存在脱粘脱空的现象,采用有限法对受力性能的影响因素进行分析。建立有限元计算模型,通过对钢管与混凝土界面相互作用、各种荷载和边界条件的研究,采用整体与局部分析相结合的方法,首先求最不利工况下的拱肋段内力,然后分析混凝土与钢管界面的应力,分析拱段由于受力引起的脱空与脱粘情况,得出合江一桥在不利荷载作用下,径向和环向不会产生脱空的现象,但混凝土会与钢管产生滑移脱粘。     

礐石大桥轻型组合桥面结构应用概述

目前,钢桥面体系中存在着正交异性钢桥面结构疲劳开裂和沥青混凝土铺装层易损这两大难题。超高韧性混凝土(STC)的成功研发为解决这两大难题打开了新的思路,以超高韧性混凝土为基体形成的钢-STC轻型组合桥面结构可大大增加钢桥面板的局部刚度,降低了正交异性钢桥面板各构造细节处的活载应力,大幅提高了钢桥面的抗疲劳寿命,同时改善了沥青面层的工作条件,大幅降低了铺装层出现病害的风险。本文以汕头礐石大桥桥面铺装维修工程为背景,介绍了轻型组合桥面结构首次在大跨径斜拉桥上应用的设计、施工及检验验收等情况。     

悬索桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系设计优化

杭瑞高速岳阳洞庭湖大桥为(1 480+453.6)m双塔双跨钢桁梁悬索桥,主梁为采用了钢-STC轻型组合桥面的板桁结合型钢桁加劲梁,钢-STC轻型组合桥面支承体系由横向桁架支承及桥面纵、横梁支承组成。采用ANSYS软件建立主梁节段有限元模型,针对组合桥面支承体系,从横向桁架结构形式、桥面纵横梁体系及其结构尺寸等方面进行设计优化。结果表明,带竖腹杆的横向桁架结构形式在桥面刚度、构件应力水平方面均具有较大优势;多横梁体系桥面刚度大,桥面构件应力水平低,适用于钢-STC轻型组合桥面。洞庭湖大桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系采用带竖腹杆的横向桁架,纵横梁支承体系采用在横向桁架竖腹杆位置设置边纵梁、次横梁间距2.8m的多横梁体系,能够很好地兼顾结构刚度、应力水平及钢材用量。     

钢-STC轻型组合结构桥面施工技术研究

为了解决钢-STC轻型组合结构桥面施工中的难题,对钢-STC轻型组合结构桥面施工技术展开研究。重点介绍本项技术的施工关键环节与各项工艺,给定施工工艺流程图。针对各个施工环节所研发的施工技术及技术优势进行分析,最后在多个工程实践中应用,具有很好的施工效果。     

武汉至大悟高速公路钢箱梁桥面铺装结构方案

目前国内大多数钢箱梁结构的柔性铺装在使用过程中均出现了铺装层开裂、脱粘、车辙、坑槽等病害,且正交异性钢桥面出现了包括纵肋-面板连接处疲劳开裂、纵肋-横隔板连接处疲劳开裂、横隔板弧形切口处疲劳开裂、纵肋拼接焊缝处疲劳开裂等病害.为避免这些病害情况的产生,采用了钢-超高韧性混凝土(STC)轻型组合桥面铺装型式.     

波形钢腹板组合箱梁加载效率试验研究

体外预应力波形钢腹板组合箱梁是一种新型的钢-混凝土组合结构,其剪力主要由钢腹板承担,混凝土顶底板承受绝大部分弯矩;由于充分发挥了材料性能,提高了材料效率,有着很好的应用前景。为了研究波形钢腹板的加载效率,制作了2根模型梁,通过测试预应力张拉时结构应变和变形规律,利用空间有限元方法进行分析,试验结果与理论结果吻合较好,并得到了该组合结构在预应力作用下的加载效率规律。对不同厚度腹板的普通混凝土梁进行了参数对比分析,结果表明,波形钢腹板组合箱梁在预应力加载效率方面具有较强的优势。     

基于压电阻抗测试的预应力和预应力损失监测研究

针对预应力混凝土梁预应力值和预应力损失不能确定的情况,对预应力混凝土梁的预应力进行监测试验研究。用阻抗分析仪测得粘贴在预应力混凝土梁的压电陶瓷片在不同预应力值下的电导纳信号,采用相对共振频率偏移和数理统计指标偏移来评价预应力损失。通过共振频率和数理统计指标建立电导纳信号与预应力混凝土梁中预应力值之间的关系,同时通过相对共振频率偏移和数理统计指标偏移来建立电导纳信号与预应力混凝土梁中预应力损失之间的关系。结果表明,压电阻抗方法可用来监测预应力混凝土梁中的预应力和预应力损失的变化。     

钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构极限承载力足尺试验

提出钢板-混凝土组合结构加固盾构隧道衬砌结构的加固方法,该方法采用钢板作为加固材料,钢板与原衬砌结构的界面黏结采用栓钉、植筋、化学锚栓和钢纤维混凝土组合而成的物理界面黏结。其中,焊接于钢板表面的栓钉作为钢板与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,植入原混凝土衬砌内表面的植筋作为原混凝土与钢纤维混凝土之间界面的抗剪连接件,化学锚栓提供钢板与原混凝土之间的径向抗剥离力,而采用钢纤维混凝土作为钢板与原混凝土衬砌之间的填充材料,其具有良好的抗裂性能与耐久性。这种界面黏结形式相比传统盾构隧道加固方法中由环氧树脂形成的化学界面黏结,提高了界面的强度、延性以及耐火性,改变了传统盾构隧道加固方法中,结构破坏源自局部界面黏结脆性破坏的破坏模式。以通缝拼装盾构隧道为加固对象,对加固试件进行模拟上部堆载作用下考虑二次受力的整环足尺静力加载试验,分析结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载力等,探究钢板-混凝土组合结构加固法对于提高结构受力性能的作用,并将试验结果与内张钢圈加固法进行比较。研究表明:采用钢板-混凝土组合结构加固法加固盾构隧道,保证了界面黏结的有效性,极限承载力状态下,界面黏结良好,使得加固材料与原混凝土衬砌结构能够共同工作,提高了各类材料(钢板、螺栓等)的利用率,结构整体破坏模式具有良好的弹塑性;相比于内张钢圈加固法,钢板-混凝土组合结构加固法的钢材用量减少了29.4%,而结构极限承载力提高了31.1%,结构延性增加501%。     

超高性能混凝土组合钢桥面承载性能试验研究

为了解超高性能混凝土组合钢桥面在静力作用下的裂缝扩展情况和承载能力,以某长江大桥正交异性钢桥面板构造细节为背景设计试验梁(单U肋),采用有限元分析和模型试验的方法研究超高性能混凝土组合钢桥面在静力加载过程中的裂缝扩展形态和位移、应变的变化规律。结果表明:加载至13%极限荷载时,中横隔板顶面附近观测到裂缝;达到极限荷载时,裂缝最大宽度达0.15mm;超高性能混凝土与钢结构能够协同工作;加载过程中超高性能混凝土的抗裂性能良好,达到极限承载能力时,钢结构先发生屈曲;在设计荷载作用下,超高性能混凝土铺装层能够满足耐久性要求,组合钢桥面具有较大的静力承载能力富余度。     

钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统研究

正交异性钢桥面板作为大跨度桥梁的首选桥面板结构,实时监测并准确识别其重要构造细节的疲劳损伤程度,在此基础上预测剩余疲劳寿命,对于大跨度桥梁的服役期管理维护决策至关重要;但正交异性钢桥面板的疲劳问题具有多尺度、多模式、随机性、隐蔽性等特性,且其对结构静动力响应的影响仅限于疲劳裂纹附近的局部区域,传统的损伤识别方法难以准确识别。结合智能技术的最新发展和正交异性钢桥面板疲劳问题的基本属性,构建了其疲劳损伤智能监测与评估系统,并对其疲劳损伤指标和疲劳损伤智能评估的相关关键问题进行研究。提出了基于等效结构应力的正交异性钢桥面板多尺度疲劳损伤评估方法;建立了考虑随机因素的结构体系实时疲劳损伤评估及剩余寿命预测方法;构建了正交异性钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统;基于实际桥梁结构的交通量和结构响应监测信息,对所建立的正交异性钢桥面板疲劳损伤智能监测与评估系统进行了验证。研究结果表明：在实际交通荷载作用下,顶板与纵肋连接细节的疲劳主导失效模式为焊根部位起裂沿顶板扩展,所提出的疲劳损伤评估方法的评估结果与实际结构一致,表明所提出的方法能够准确确定结构体系的疲劳失效模式;疲劳损伤智能监测与评估系统所确定的实桥疲劳损伤及剩余寿命预测结果与实际桥梁疲劳损伤开裂时间基本一致;所建立的智能监测与评估系统可为正交异性钢桥面板疲劳损伤过程和寿命评估提供理论依据及支撑,并为实桥的运营管理养护决策提供科学依据。     

正交异性组合桥面板界面滑移效应研究

钢-混组合桥面板常规计算中忽略了钢桥面板与混凝土桥面板界面间的相对滑移,无法反映由相对滑移导致的组合效应降低以及层间的荷载重分配。为研究界面滑移模拟方法、界面滑移对钢-混组合结构的组合效应以及受力性能的影响,基于钢桥面板与混凝土桥面板的受力特性和变形协调条件,推导界面相对滑移微分方程,给出考虑滑移条件下的挠度计算公式;并依托海口东海岸如意岛跨海大桥项目,选取包含1个纵肋的单梁,通过有限元分析和足尺模型试验对跨中挠度、钢-混界面和栓钉滑移等进行分析。结果表明:随着荷载增大,界面滑移不断增大,且增加的速度越来越快,对组合效应的削弱和对受力性能的影响也更为明显;为得出准确的受力和变形结果,应考虑界面滑移效应;文中提出的界面滑移模拟方法能揭示界面滑移对组合效应和受力性能的影响规律。     

机场水泥混凝土道面传力杆结构的疲劳破坏研究

为分析疲劳荷载作用下,机场水泥混凝土道面传力杆与周围混凝土间变形和损伤情况,以及传力杆失效机制,使用MTS试验仪对单传力杆结构试件进行了循环荷载加载试验,分析了传力杆结构的变形规律和损伤情况,揭示了水泥混凝土道面传力杆结构的疲劳破坏机制。结果表明,越靠近界面的传力杆位移变化越大;荷载加载初期传力杆变形量大,随荷载增加,变形量渐趋稳定;加载距离越大,传力杆松动量增加速率越大,越容易失效;疲劳加载造成传力杆底部混凝土脱落,并逐渐破坏至失效。     

后张预应力混凝土桥的安全评估

根据实测振型进行损伤识别是结构安全监测中的一个重要方面。已经方现，根据振型应变能分布变化的损伤指数法对某些工况有效，提出一种基于应变能和动能的新损伤指数法，并将其与以前的损伤指数法进行了比较，其目的就是根据有限元模拟，论证用损伤指数法进行桥梁探伤和估计破坏程序的可行性。最后，根据一大跨混凝土的振型监测结果，用这种方法估计实际结构的破坏位置。