体外预应力在钢箱-混凝土组合梁中应用的试验研究

结合城市桥梁工程实际，进行了3根钢箱-混凝土组合梁的试验。探讨了在对称和偏心荷载作用下，施加体外预应力对钢箱-混凝土组合梁受力性能的影响。试验结果表明，在对称荷载作用下，由于体外预应力的作用，钢箱-混凝土组合梁的弹性极限提高了29．17％，极限强度提高了27．72％，刚度提高了54．15％，位移延性提高了18．00％；在偏心荷载作用下，体外预应力钢箱-混凝土组合梁也有较好的力学性能，强度与刚度均高于普通钢箱-混凝土组合梁。试验研究证实，体外预应力技术对提高钢箱-混凝土组合梁的结构性能有重要作用。     

预应力混凝土梁徐变性能试验

通过对6根1:5模型梁的800 d长期试验,对预应力混凝土梁的徐变性能进行了系统的研究,重点考察了混凝土种类、预应力筋张拉方式以及截面上、下缘应力差等因素对梁徐变变形、徐变应变、截面曲率、预应力筋应变和钢筋应力等的影响;基于龄期调整有效模量法,编制了步进法时随有限元分析程序,并应用该程序对试验进行了全过程模拟分析;提出了综合考虑混凝土种类、预应力筋张拉方式以及截面应力差等多因素影响的预应力混凝土梁徐变变形设计建议计算公式.结果表明:有限元分析结果及该设计建议公式计算结果均与试验值吻合较好,且设计建议公式计算结果更为吻合.     

预弯组合梁长期性能分析

本文根据预弯组合梁的受力特点,建立了以应变理论为基础的综合考虑混凝土收缩、徐变以及钢梁的松弛等时效因素的全过程时效分析方法。采用该方法,对哈尔滨中山立交桥和上海莘奉金高速公路跨线桥所采用的预弯组合梁进行全过程时效分析,以对该种结构的长期性能进行定量的评价。     

体内预应力组合梁裂缝宽度静力及疲劳试验研究

针对混凝土翼板内配置后张有粘结预应力筋的负弯矩区组合梁,进行7个简支试件的静力及疲劳试验,试验考虑了不同预应力度、不同栓钉间距,且混凝土翼板中配置有体积配纤率分别为0%、0.8%和1.5%的钢纤维。试验表明,极限状态时各试件的裂缝分布相似,裂缝平均间距在80~110 mm范围内。分析认为,影响裂缝宽度的因素包括预应力度、配纤率、力比、连接度、配筋率及栓钉间距等,提出考虑上述因素的最大裂缝宽度经验计算公式。疲劳试验中,运用测试动力参数的方法,分析混凝土裂缝和疲劳损伤随荷载循环的变化,结果表明,预应力钢纤维混凝土-钢组合梁带裂缝工作时具有良好的疲劳稳定性,180万次的循环加载损伤度增大约20%。     

混凝土斜拉桥长期性能试验

以广东省惠州市合生大桥为工程背景,现场制作了1∶15的大比例预应力混凝土斜拉桥模型,进行了混凝土斜拉桥模型和混凝土棱柱体试件的徐变试验。基于混凝土棱柱体试件数据,得到了可用于有限元分析的徐变系数计算公式,并建立了考虑体表比的修正模型。结果表明:边跨支座反力基本不变;主跨支座和辅助墩支座的反力随时间呈增加趋势;实测徐变应变在(55~85)×10-6范围内;主梁最大徐变位移3.0 mm;桥塔收缩徐变引起的主梁位移占总位移的30%~60%;主跨的2对尾索索力变化最大,下降约6.5%;用修正模型对模型桥进行分析,其应变、位移、索力等的计算结果与实测数据吻合较好,具有良好的适用性。     

钢板组合梁桥面板预应力参数分析及优化

针对双工钢板组合梁桥,开展负弯矩区桥面板预压应力的影响参数研究,探索提高预压应力的设计与施工方法。通过建立实体有限元模型,对比分析各参数情况下成桥状态与徐变30年后的状态,研究表明:剪力连接件在常规设计情况下,对成桥应力影响较小;墩顶取消剪力连接件、纵向缩小墩中心线两侧剪力连接件的距离,将通长束优化为墩顶束,可以提高桥面板永存预压应力,提升幅度0.3～0.8MPa;支点预顶升回落的工艺可以大幅度提高成桥应力及永存预压应力,提升幅度2MPa左右。研究结论可用于双工钢板组合梁的设计优化。     

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。     

波纹腹板开孔对预应力钢-混凝土组合梁抗火性能影响研究

桥梁工程中为了方便工程检修与管线布设,经常在梁腹板上开孔。为研究腹板开孔对预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁抗火性能的影响,按照完全抗剪连接设计了2片承受两点对称集中荷载作用的预应力波纹腹板钢-混凝土简支组合梁,其中一片是预应力波纹腹板开孔组合梁,另一片是预应力波纹腹板无孔组合梁;采用ISO834国际标准升温曲线对其进行了恒载升温耐火试验,同时采用有限元软件ABAQUS对其进行了数值研究。研究结果表明:高温下2类预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁均在剪弯区发生剪切屈曲;在截面尺寸和跨度相同条件下,承受相同的绝对荷载时,腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于后者在临界状态下抗弯刚度降低,抗火性能下降;在高温作用下,腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁相对于腹板未开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,预应力拉索的效率更高,下降速率更慢;腹板开孔后的预应力波纹腹板钢-混凝土组合梁,在升温后期其滑移曲线发展速率略高于腹板未开孔钢-混凝土组合梁;对于腹板开孔波纹腹板钢-混凝土组合梁,在未出现腹板局部屈曲截面上,腹板分担的剪力可达截面总剪力的78%;开孔截面的总剪力几乎完全由混凝土板承担;临界状态下钢梁腹板正应力略高于常温下的腹板正应力水平。     

钢-混凝土双面组合连续梁界面滑移试验研究

钢-混凝土双面组合连续梁是一种新型的组合结构.钢与混凝土组合的上、下交界面都会产生界面滑移.对3根钢-混凝土双面组合2×2.9 m连续梁模型进行试验研究,测得了受拉混凝土裂缝扩展状况、典型截面沿梁高的应变分布和钢与混凝土界面相对滑移及滑移应变沿梁长的分布.利用有限元分析软件ANSYS建模,给出了组合梁的滑移曲线和滑移应变曲线,与实测结果对比吻合较好.双面组合梁上混凝土板与钢梁间的界面滑移分布与单面组合梁相似,但最大滑移量减少了20%多;负弯矩区的截面刚度提高了27%左右.     

任意截面无粘结预应力混凝土梁的极限非线性分析

在材料非线性应力-应变关系基础上,提出了确定任意截面无粘结预应力混凝土梁抗弯强度以及计算无粘结预应力筋极限应力的通用方法。利用修正的RODRIGUEZ截面模型进行截面强度分析,按截面顶点把截面划分为若干个梯形单元,通过对梯形单元积分求出混凝土内力。将极限状态下无粘结预应力梁等效塑性区长度与破坏截面中性轴高度之比看作一常数,通过对引自7个不同文献的140片无粘结预应力试验梁的非线性回归分析,认为这个常数取为9.78较为合理。计算结果与试验值吻合较好。     

纤维塑料筋混凝土梁长期性能研究进展

对国内外纤维塑料筋(FRP筋)混凝土梁长期性能试验、时随分析和设计计算方法的研究进展进行综述与分析:首先介绍不同种类FRP筋的应力松弛试验,研究表明AFRP筋的应力松弛较CFRP筋更为显著;总结预应力与非预应力FRP筋混凝土梁长期性能试验,研究表明采用AFRP筋或较低强度混凝土时,梁的长期变形相对较大;分别阐述基于截面时随曲率的非预应力FRP筋混凝土梁时随分析方法和基于龄期调整有效模量的预应力FRP筋混凝土梁截面时随分析方法;介绍非预应力FRP筋混凝土梁和预应力FRP筋混凝土梁长期变形的设计计算方法;最后对今后FRP筋混凝土梁长期性能研究的发展趋势进行展望。     

快速施工桥梁的研究进展

为减少传统桥梁施工存在的弊病,加快桥梁建设速度,降低桥梁后期维护费用,提高桥梁的施工质量和耐久性,首先分析了快速施工桥梁的必要性及其在中国的应用前景,阐述了快速施工桥梁的基本组成及构件划分、预制桥面板的主要型式及发展趋势、钢与混凝土桥面板间的连接方式、快速施工预制装配桥梁主梁的3种主要型式及材料组合、节段拼装式预应力混凝土箱梁的预应力体系及主要施工方法、中小跨径混凝土或钢-混组合梁桥的主要截面型式及连接构造,讨论了预制高性能混凝土桥面板、多梁式钢-混凝土组合梁群钉连接的桥梁用于中小跨径快速施工桥梁的优越性,并对近年来在中国大江及海湾桥梁工程应用的整体预制桥墩的特点进行了论述;同时,重点阐述了快速施工钢-混组合梁桥、预制节段拼装混凝土或钢-混组合箱梁桥、预制拼装预应力束体系、预制节段拼装式桥墩等相关的理论研究与进展,包括群钉抗剪性能、混凝土桥面板间接缝受力特性、组合梁复杂受力行为分析、多梁式荷载横向分布、体外预应力组合梁动力特性、组合梁疲劳耐久性等,指出了当前中国进行快速施工桥梁建造在设计研发、体系机制创新等方面的一些不足,分析制约该领域发展的关键因素,同时对发展中国桥梁工业化、信息化及快速施工技术进行了展望,指出对于梁高受限或桥梁较宽,跨径在25~50 m的数量占比均较多的城市桥梁或公路桥梁,包括北方受季节性影响较大的桥梁,开拓快速施工桥梁与市场潜力巨大,并给出一些值得进一步研究解决的热点问题,以期促进交通行业桥梁基础设施建设技术的进步和创新发展。     

单边索斜塔钢-混凝土结合梁斜拉桥塔梁根部应力分析

采用板 (壳 )、梁及三维实体单元相结合 ,对长沙市浏阳河洪山庙大桥塔梁根部区域进行空间有限元分析。分析表明 :主梁根部过渡段钢箱梁及混凝土的应力满足规范的限值要求 ,行车道板的剪力滞效应明显 ,徐变对主梁应力的分布影响显著 ;塔根部混凝土在施工过程及运营阶段均处于全截面受压状态 ,与试验结果相比较 ,吻合良好     

渭河大桥钢-混结合段设计

为减轻自重,增大桥梁跨越能力,渭河大桥主桥第一联采用钢-混混合连续梁桥方案。第一联90m边跨为钢-混混合梁,其中混凝土段长36m,钢-混结合段长2.5m,钢箱梁段长51.18m。采用ANSYS 10.0建立钢-混结合段模型,进行受力性能分析。分析结果表明:全桥及钢-混结合段的破坏荷载较高,结合段的安全储备很大;钢-混结合段在最不利荷载作用下应力均较小,材料在弹性范围内;通过钢-混结合段的设计,能保证结构刚度的平稳过渡和内力平顺传递。     

竖转钢-混凝土组合拱桥PBH剪力件疲劳性能试验

针对钢箱预制、立柱拼装、转体成拱的快速施工竖转钢-混凝土组合拱桥,基于PBL提出了新型PBH剪力件。以PBH剪力件的疲劳力学性能为研究目标,开展了一组11个试件的高周疲劳试验。分析不同箍筋直径、开孔直径PBH剪力件的疲劳破坏模式和损伤演化规律,并与PBL剪力件进行比较。结果表明：PBH疲劳破坏模式为钢板开孔内混凝土在循环荷载作用下的损伤累积,裂缝发展过程中发生裂缝尖端钝化,混凝土榫局部粉末化并向下迁徙导致了钢箱与混凝土界面滑移累积并最终破坏。解剖发现孔内混凝土粉末化,与之对应的PBH静载破坏模式为混凝土榫处主裂缝在荷载增加过程中扩展延伸,混凝土榫劈裂,裂缝反射至表面导致试件破坏,二者区别明显;PBH疲劳损伤演化曲线可分为3个阶段：由黏结力和摩擦力损伤主导的损伤弹塑性阶段、由孔内混凝土裂缝积累破碎主导的损伤累积阶段以及变形累积失控后的损伤破坏阶段,损伤弹塑性阶段约占整个疲劳寿命的10%,损伤累积阶段占全部疲劳寿命的70%以上且滑移量增加缓慢,损伤破坏阶段累积滑移量急剧增加,裂缝发展,剪力件随即发生疲劳破坏,疲劳破坏表现出明显的塑性特征。PBH与PBL损伤演化规律总体相似,但PBH较PBL有更加显著的第2阶段,即疲劳破坏损伤累积过程,表明PBH剪力件在疲劳破坏过程中的塑性破坏性能更佳。     

预应力钢索与索道孔壁接触压力的模拟研究

根据试验观察,提出了一种模拟预应力钢索与索道孔壁接触区域和接触压力的简单、实用的方法。通过对拱脚预应力钢索进行自平衡的计算,得到了接触压力荷载的公式。根据公式,将索力和接触压力分布荷载施加在物体的有限元模型上,通过将有限元计算结果与试验结果进行比较,可以看到二者吻合很好。在计算和试验过程中所得到的一些结论,对预应力结构的计算和设计,可以提供一些参考。