预应力张拉对现浇支架受力影响的计算分析

研究目的:预应力张拉时,混凝土梁与现浇支架相互作用。混凝土梁的变形引起支架上的荷载重分布,在工程实际中很少考虑对此工况的计算。由于计算不全面,设计的支架结构安全储备不足,有可能出现因现浇支架局部受力不够而发生安全事故。本文以某斜拉桥现浇支架施工计算为例,研究纵、横向预应力张拉对现浇支架受力影响的计算方法,分析预应力张拉引起现浇支架上荷载重分布的原因,为预应力混凝土梁的施工方法提供理论依据。研究结论:通过建立预应力混凝土梁与现浇支架的整体有限元模型,按施工阶段分析计算了混凝土浇筑、达到设计强度、张拉纵向预应力、张拉横向预应力各施工阶段下现浇支架受力的变化情况,计算结果表明对于纵、横向预应力张拉时,混凝土梁发生变形,导致作用在现浇支架上的荷载传递到支架两侧;张拉预应力钢束越多,荷载重分布的现象越明显,而重分布的荷载对支架局部结构产生较大不利影响。     

悬挂式曲线轨道梁纵向预应力受扭分析

悬挂式曲线轨道梁在自重及外荷载作用下受力复杂，纵向预应力作用下的结构受扭对体系预应力筋布置参数影响很大。为进一步研究预应力筋参数设置对曲线轨道梁扭矩作用的影响，通过截面尺寸500 mm×1 000 mm,曲线半径R=100 m的3×30 m悬挂式连续体系轨道梁为例，建立了PC轨道梁Ansys有限元模型，分别对不同设置方案下轨道梁各控制截面扭矩值、竖向弯矩和横向弯矩进行了分析，同时探讨了预应力筋布置位置参数的调整对轨道梁成桥状态下的扭矩影响规律。研究表明：纵向预应力筋布置参数对曲线轨道梁扭矩影响很大，通过轨道梁曲线内外侧纵向预应力筋梁端锚固点和弯起点位置的调整，可使轨道梁扭矩减小20%左右，同时对轨道梁横向弯矩的影响幅值最大能达到400 kN·m;在竖向弯矩方面会有小幅影响，但整体在规范容许范围内。本研究可为悬挂式轨道梁预应力筋的布置参数，尤其是在进行曲线轨道梁受扭设计时提供参考。     

双线铁路箱梁施工过程中端块的受力分析

研究目的:为了满足施工中预应力钢筋张拉及锚固的需要,箱梁端部在构造上较为复杂。而在预应力筋初张拉、终张拉、落梁以及二期恒载作用下,对于各个阶段端块的受力及其变化状况尚需进一步分析与探讨。研究方法:结合某客运专线双线桥预应力混凝土简支整体箱梁的施工,对于其施工过程中端块的受力进行了分析计算和讨论。按实体块单元的有限元计算理论,建立全梁整体分析的三维空间有限元模型,从计算结果中提取出端块部分的受力情况进行比较和分析。研究结果:通过在不同阶段施工荷载作用下端块的受力计算,给出端块内外侧截面的受力情况,进而对双线铁路整体箱梁的端部在设计及施工中应注意的问题进行了探讨。     

双向预应力箱式腹板槽型梁有限元数值模拟

结合两种有限元软件的特点,模拟双向预应力槽型梁的变形和受力分析.通过Midas Civil 2006,分别计算槽型梁在横向和纵向预应力作用下钢束的预应力损失,利用虎克定律推算出相应的应变;在Ansys中建立有限元模型,以初始应变模拟预应力的作用,分析槽型梁在纵向、横向和双向预应力作用下的受力与变形.     

铁路预应力混凝土矮塔斜拉桥索梁锚固构造选型与力学性能研究

为优化铁路预应力混凝土矮塔斜拉桥索梁锚固形式,以成昆铁路攀枝花金沙江大桥为工程背景,提出新型索梁锚固形式-梁顶锚固结构,用以改进其锚固受力性质,利用大型有限元软件ANSYS对比分析该种新型受力形式与传统锚固结构受力性能的区别,并通过缩尺模型静载试验进一步验证该方法的可行性。结果表明：梁顶混凝土锚固结构的各向应力指标均优于传统锚固结构,其锚固点与腹板形心处同一垂直面,大幅减小了横向偏心弯矩和次应力,更有利于应力传递平顺。此外,现场试验显示各测点相对残余应变均小于20%,与数值模拟结果基本一致,验证了有限元模型的合理性。综上所述,新型索梁锚固形式在试验荷载下处于正常弹性工作状态,在设计索力工况下能够满足正常使用要求,并具备足够安全储备。     

转体施工的铁路曲线连续槽形梁设计关键技术研究

为了确保转体施工的曲线连续槽形梁结构设计安全可靠,需要解决以下关键技术问题:结构横向受力、日照温差应力较大、支座中心线横向位置、曲线转体结构横向偏载、曲线槽形梁结构受力计算等。通过道砟槽板横向预应力束的合理布置,克服横向连接处主拉应力;通过适当增加边主梁顶板保护层厚度和纵向预应力束的合理布置,控制了日照温差应力;研究合理的横向支撑位置,避免对结构产生横向次应力;曲线悬臂转体结构横向偏载,将球铰中心相对于上下承台设置横向预偏心,解决转动时横向自重不平衡引起梁体侧倾的问题;通过建立平面模型、单梁模型、梁格模型和实体模型,对比分析计算曲线空间结构的受力问题。结果表明:曲线连续槽形梁结构受力均满足规范要求。     

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。     

芜湖长江大桥索塔锚固区模型试验研究

芜湖长江大桥桥塔拉索锚固区为预应力混凝土箱形结构，无中间梁，索塔锚固区为单箱单室结构，拉索锚固区通过双向预应力平衡强大的拉索水平分力，受力十分复杂，为研究索塔锚固区应力分布状况，检验其抗裂性能，为设计提供科学依据，对芜湖长江大桥斜拉桥主塔锚固区段进行了足尺模型试验，并结合有限元分析，指出了索锚固区应力分布特点，介绍了该桥索塔锚固区模型试验的内容，步骤和方法，并将试验结果与有限元分析计算的结果进行了比较。     

非对称悬臂施工大跨度连续刚构桥设计研究

为降低边墩较高情况下的连续刚构桥边跨现浇段的施工难度,设计非对称悬臂施工方案以降低边跨现浇段的长度。分析非对称悬臂施工方案的孔跨布置及梁段划分,介绍该桥的预应力设计,建立考虑施工阶段的有限元模型,分析不对称悬臂施工阶段的梁体应力,并针对不对称悬臂施工梁段的预应力钢束进行不同锚固位置的对比分析,根据分析结果,选择合理的锚固位置。针对不对称悬臂施工对梁体累计位移的影响进行参数分析,根据分析结果,对施工过程中的线形控制重点提出建议。     

贵广铁路大跨预应力混凝土连续梁端部局部应力分析

针对大跨度预应力混凝土连续梁端部预应力锚固区,探讨梁体局部应力分析时预应力钢筋的模拟方法,采用优化后的建模方法建立了三向预应力作用下的梁端锚固区的有限元模型,分析了梁端部锚固区的受力机理,结果表明梁端设计合理,分析方法可靠。     

空心板梁桥预应力张拉有限元分析

针对简支梁板桥中许多空心梁板在运营中产生裂缝的问题,以正在施工的桥梁中应用的16 m跨预应力空心板梁构件为研究对象,通过试验检测和采用有限元分析软件建立三维实体模型,来了解预应力施加过程中构件内分布筋的受力和混凝土沿纵向和横向的受力情况。计算模型中运用了等效荷载法和预应力束降温法两种预应力施加方式。最后将有限元计算的结果与试验结果做了对比分析。分析结果说明,板梁的有限元计算能够对该结构在预应力张拉阶段的内部应力应变特性做准确的描述,计算结果所表达出的应力分布特征可用作解释此类构件端部的底板和侧面出现裂缝的原因。     

连续刚构桥施工过程中腹板裂缝检测与研究

研究目的:针对某大跨预应力混凝土连续刚构桥在施工过程中腹板开裂的问题,对该桥主桥腹板所有裂缝进行全面检查,完成可查裂缝宽度、深度的检测。通过归纳总结裂缝的分布特征,利用有限元分析软件ANSYS建立开裂混凝土节段的空间模型,结合腹板开裂相关理论,分析腹板开裂的原因,探究裂缝分布规律。研究结论:(1)腹板两侧的裂缝基本对称于箱梁纵轴线,较多出现在腹板内侧,与腹板下弯束的布置位置、方向符合程度较高;(2)有限元分析结果表明,腹板下弯束及其锚固点周围的部分区域主拉应力超过混凝土抗拉强度设计值,且该区域基本沿预应力束分布;(3)该腹板裂缝属于主拉应力裂缝,过大拉应力主要来源于预应力束径向力、箱梁空间效应产生的次拉力以及锚固应力扰动区的横向拉应力;(4)设计者应重视箱梁横向应力和空间效应,必要时对复杂受力区域进行精细的局部分析,以保证主拉应力不超过限值;(5)本研究成果可为预应力混凝土连续刚构桥的相关设计及施工提供参考借鉴。     

高速铁路分片式槽形梁设计研究

综合考虑铁路建筑限界、桥面横向布置、戈壁大风区桥梁施工条件、列车运营安全等因素,兰新高速铁路百里风区桥梁采用了并置16 m分片式槽形梁的设计方案。通过纵向整体杆系结构及空间三维实体有限元整体性分析,研究槽形梁的空间受力特性;通过风-车-桥耦合动力模型计算,分析槽形梁上高速列车运行安全性及平稳性。结果表明:槽形梁纵向按照全预应力构件设计、横向按照钢筋混凝土结构设计的理念可行;通过合理布置钢筋能够有效满足U形梁的抗扭承载能力;桥梁的振动性能良好,具有足够的竖向和横向刚度,能够满足高速铁路桥梁250 km/h运行时的安全性和舒适性要求。     

U型梁空间作用及嵌固效应分析

采用有限元数值分析方法,分析U型梁的空间作用效应及腹板对道床板的嵌固作用。介绍了Ansys模型建立的原则,通过有限元软件对U型梁空间整体模型进行了分析。空间分析的结果反映了每延米道床板横向弯矩沿U型梁纵向的变化趋势。针对性地提出了U型梁横向预应力的布置策略。     

铁路现浇简支梁静载试验装置研究

回顾预制梁静载试验加载结构体系的发展历程,说明设计现浇梁静载试验装置的必要性。研制墩反力法自平衡式现浇梁静载试验装置,阐述其设计原理,给出加载结构组成及各构件参数。采用有限元软件ANSYS对加载装置进行整体建模分析,通过静力计算,验证装置部件受力情况和接触状态均满足要求。装置体系从加载方法上解决了试验难题,具有重要的工程应用价值。     

新建郑万客运专线铁路独塔斜拉桥设计关键技术研究

以郑万客运专线联络线铁路预应力混凝土独塔斜拉桥为工程背景,其跨径布置为(32+138+138+32)m,结合支架现浇转体施工方法,对郑万铁路斜拉桥的施工及设计关键技术进行研究。建立斜拉桥的空间有限元模型,充分考虑结构非线性效应,通过理论分析的方法对高铁独塔斜拉桥构造及力学行为开展研究。重点进行主桥静力分析、稳定性分析、索塔锚固区域细部优化分析及结构动力分析。研究结果表明:支架现浇转体施工方法可以有效减小对既有线路的影响。该桥在施工及成桥阶段,结构受力及变形合理,稳定系数大,各项指标均满足规范要求,且具有较大富裕量。对于大跨铁路斜拉桥,索塔局部受力复杂,需进行局部受力分析,优化细部设计。该桥结构具有刚度大、整体性好的特点,且动力性能较好,有较高的行车舒适性。     

缓黏结预应力技术在铁路桥梁中应用可行性研究

缓黏结预应力技术已在公路、建筑行业中广泛应用,考虑到缓黏结预应力技术具有施工工艺简单,施工质量容易控制等特点,可将其引入到铁路预应力混凝土桥梁的应用中来。本文在梳理铁路桥梁预应力体系及施工中存在问题的基础上,从受力、构造和施工3个方面分析了在横向、竖向、纵向预应力中应用缓黏结预应力的可行性。分析结果表明,缓黏结预应力技术可用来解决铁路预应力混凝土梁竖向和横向预应力体系容易出现的预应力筋安装质量差、耐久性突出等问题,也可在梁体中用作纵向预应力以进一步优化结构设计。     

后张法预应力空间多曲线钢筋锚固损失简化计算

在预应力设计工程中,由于使用功能上的需要,预应力筋需要布置成空间曲线,其预应力锚固损失应该按照空间三维曲线来计算。现行规范给出的预应力筋的锚固损失计算公式仅适用于平面曲线钢索的预应力锚固损失计算,对于空间多曲线型钢索的预应力锚固损失计算无明确的规定。文章推导出空间曲线组合形式预应力筋的锚固损失计算公式,可供工程设计参考。     

城市轻轨槽型梁温度效应及裂缝分析

以城市轻轨槽型梁为研究对象,采用精细化有限元方法研究温度效应及裂缝成因对槽型梁力学性能的影响,结果表明:竖向温度梯度对槽型梁竖向位移、纵向应力、横向应力均有较大影响,设计中不能忽略;系统温差只引起槽型梁变形,不引起应力,横向位移和纵向位移都是随着系统温差的增大而线性增加;普通钢筋可以抑制裂缝的发展,进行非线性分析时,除考虑材料非线性,还必须建立含普通钢筋的精细化模型,在预应力张拉后,锚固端裂缝分布最多,施工时可以在1/8跨径范围内采取补强措施来避免预应力张拉产生的裂缝。     

分段施工的预应力混凝土连续梁钢束布置方式及预张力研究

研究目的:预应力混凝土连续梁采用满布支架施工时,常常因为现场浇注的混凝土量过大,而不得不分段进行施工.为抵消混凝土的收缩裂缝,一般需对梁体混凝土施加预压应力.本文以太中银铁路一连续梁为工程实例,通过对3种预应力钢束布置方式的优缺点的比较,对分段施工预应力混凝土连续梁的钢束布置形式、预张力控制进行了研究.研究结论:满布支架分段现浇施工中,当采用连接器连接受构造限制时,建议纵向预应力钢束采用齿块张拉锚固的短束与梁端张拉锚固的通长束结合的布束形式.分段施工连续梁的预张力的计算和控制应根据结构理论厚度、施工龄期、终张拉龄期、混凝土弹性模量等进行综合考虑,以预张拉产生的效应抵消收缩效应为宜.