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。     

钢束对空心板桥梁横向分布系数的影响

空心板梁桥的横向分布系数对其结构设计至关重要,常规计算中不计入钢束对其影响.鉴于钢束会提高板梁的竖向刚度,研究了钢束对空心板梁桥横向分布系数的影响.以一跨有19片空心板梁为例,基于迈达斯(Midas Civil)建立桥梁上部结构的梁格模型;对空心板钢束的数量进行适当调整,通过跨中挠度求解移动荷载的横向分布系数,并与桥博计算结果进行对比,得出相关结论.     

基于ANSYS的外贴预应力GFRP板加固混凝土梁数值模拟

运用ANSYS有限元软件建立预应力玻璃纤维增强塑料GFRP(Glass Fiber Reinforced Polymer)板粘贴加固钢筋混凝土梁有限元模型,解决了预应力GFRP加固混凝土梁非线性数值求解难以收敛的问题。通过数值模拟分析得到的有限元分析结果与试验结果非常吻合,表明ANSYS有限元分析软件对预应力GFRP板加固混凝土梁进行数值模拟分析的准确性。     

预应力混凝土空心板梁火灾中行为特点的试验研究

桥梁结构遭受火灾时内部会产生不均匀的温度场,温度场的分布及其随时间的变化十分复杂。开展室内火灾试验,使3片足尺预应力混凝土空心板梁经受不同程度的火损,探究试验梁的温度场分布、梁体变形以及应力应变的变化规律。3片试验梁在相同的火场温度(仅受火时间不同)下进行火灾模拟,各片梁的爆裂程度却不相同,在进行温度场计算时需考虑每片梁的混凝土爆裂程度。借助有限元软件ANSYS模拟梁体的温度场时考虑实际爆裂情况,得到的计算结果与试验数据吻合度较好。各片梁经受火灾时的应变变形具有相似的规律性,借助有限元软件ABAQUS得到梁体的受力和变形计算模型,计算结果显示在火损时间小于1 h时,模型与实测吻合较好,可用于分析大部分的实际火灾情况。     

45m混凝土泵车结构强度研究

以45 m混凝土泵车为研究对象,利用ANSYS有限元软件,采用实体单元与接触单元相结合的方法模拟各个臂架之间的连接,用板壳单元和梁单元模拟泵车其余结构,建立了整车有限元模型.分析泵车在3种典型工况下的结构强度,发现混凝土泵车臂架在危险工况局部结构强度不能满足设计要求,通过计算分析提出了结构补强方案.改进后的结构实际使用情况良好.     

装配式混凝土空心板梁桥结构冗余性水平评估

目前对桥梁结构的安全评估停留在构件层次。对于冗余性低的桥梁结构,考虑系统行为后,结构的可靠度会降低,表现在某个局部破坏可能会造成结构体系整体坍塌。国内外几座装配式混凝土空心板梁桥垮塌事故警示该桥型的冗余性较差,铰缝失效可诱发桥梁坍塌事故。由于桥梁结构系统的受力情况复杂,荷载传输路径不易模拟,且必须考虑几何非线性和材料非线性,需要进行精细化的有限元非线性分析。为了校准有限元模型,以一座装配式混凝土模型桥梁为研究对象,利用Midas Civil有限元软件的Pushover分析方法,分别得到了单梁、桥梁结构系统在集中荷载作用下的荷载位移响应。通过有限元分析结果与破坏试验结果的对比分析,校准了有限元模型,证明了利用Midas Civil梁格法进行pushover非线性分析计算桥梁结构体系承载能力可获得满意结果,保证了分析结果的可靠性。然后基于有限元分析结果,计算了模型桥梁的冗余性水平。计算结果表明,该模型桥梁的冗余因子为0.73,低于相关阙值1.30,表明该模型桥梁的冗余性水平低于相关阙值,验证了对该桥型冗余度低的推定。     

预应力混凝土梁双非线性分析的混合壳单元模型

为模拟预应力混凝土梁非线性分析时预应力钢筋的力学行为,基于随转坐标法和场一致性原则,导出能考虑几何及材料双非线性的预应力钢筋空间杆单元。该单元具有几何与材料两种非线性不耦合的特点。采用已有的实体退化壳单元模拟混凝土,根据预应力钢筋空间杆单元与混凝土实体退化壳单元在单元内的位移协调条件和虚功原理将两者组合成一个混合壳单元,并导出预应力钢筋空间杆元对混合壳单元切线刚度矩阵的贡献。由于预应力钢筋对结构的作用反映在混合单元模型内部,该单元模型并未增大计算规模。对一预应力混凝土T梁进行了破坏过程模拟,将计算结果与试验结果及其他文献计算结果进行了比较,表明建立的混合壳单元模型是正确的。     

桥面铺装协同受力的空心板梁抗弯承载力研究

针对桥面铺装层须与桥梁结构紧密结合并共同受力的问题,提出了考虑桥面铺装层协同空心板受力的预应力混凝土空心板梁抗弯承载力计算方法。基于平截面假定,对桥面铺装层共同参与受力的先张法预应力混凝土空心板进行了分类,推演了适筋梁抗弯承载力计算公式,分析了是否考虑桥面铺装协同空心板受力对空心板梁力学参数的影响,并在实际桥梁工程对含有桥面铺装层的先张法预应力混凝土空心板梁进行抗弯承载力试验。研究结果表明:提出的承载力理论公式计算结果与试验结果吻合较好;带铺装层的预应力混凝土空心板满足平截面假定,铺装层和空心板之间连接紧密未出现脱落和界面滑移,破坏形态为适筋破坏;考虑铺装层与空心板梁协同的作用后,预应力混凝土空心板的中和轴位置上升,抗弯承载力较不考虑铺装层的空心板普遍提高10%以上。     

预应力混凝土梁开裂后的受力性能分析

基于实体退化壳单元,采用层状模型模拟钢筋混凝土结构,选取恰当的混凝土和钢筋的本构关系,采用弥散裂缝模式,考虑材料非线性效应有效地模拟了预应力混凝土T梁的开裂、屈服和失效全过程,并与试验结果进行比较。分析了T梁在开裂后的刚度及裂缝的位置和发展情况。探讨了混凝土和预应力钢筋在T梁开裂后的应力发展规律。结果表明退化分层壳单元模型对于预应力混凝土T梁的非线性分析有良好的适应性。     

碳纤维加固混凝土梁抗弯性能的非线性有限元分析

对经碳纤维加固后的钢筋混凝土梁进行有限元非线性全过程数值模拟分析。成功地解决了有限元求解碳纤维加固混凝土梁非线性数值的收敛问题,阐述了非线性的行为。有限元计算的结果与试验结果具有较好的一致性,并对两者之间的误差所产生的原因进行了分析。结果表明,建立合理的有限元数值模型,并采用合理的求解策略,能很好的准确预测并模拟碳纤维布加固混凝土梁的抗弯性能,同时也为以后的数值研究工作奠定了基础。     

矩形中空夹层钢管混凝土梁纯弯性能有限元分析

借助ANSYS软件采用非线性有限元方法对矩形中空夹层钢管混凝土梁这一新型构件的纯弯性能从加载到破坏全过程的力学行为进行分析。分析模型考虑了钢材和混凝土材料非线性的本构关系。分析得到了钢材和混凝土应力分布、梁加载全过程的弯矩-跨中挠度曲线等。计算结果与已有试验结果吻合,证明采用本模型分析矩形中空夹层钢管混凝土梁非线性问题是可行的。     

空心板梁桥铰缝破坏机理精细化有限元分析

空心板梁桥在我国中小跨径桥梁中是一种得到广泛应用的桥梁形式,铰缝病害普遍出现在空心板梁桥的运营过程中,为了更好地对空心板梁桥进行养护加固,需要透彻研究铰缝的破坏机理。首先介绍了我国现行空心板梁桥的设计方法,然后利用ANSYS大型有限元分析软件建立精细化有限元模型对比铰接板法分析横向分布差异,最后研究空心板铰缝的横向正应力和纵向正应力应力分布情况,得出铰缝的实际受力状态,病害产生的原因,对今后的空心板梁桥的实际养护加固具有工程指导意义。     

预应力混凝土空心板梁静载试验方案比较分析

通过对城市立交桥及高架桥的板梁检测,比较了预应力混凝土空心板梁的三种不同的静载试验方案,并分别从理论和实际上对结果进行分析,提供实际工程中板梁检测的可行方案。     

水泥混凝土路面脱空区域接触补偿求解方法探讨

针对水泥混凝土路面板脱空产生机理,充分考虑实际工况下面板与基层的接触状态,建立了脱空分析模型。并基于该模型首次提出了"接触补偿"的概念,并指出其为水泥混凝土路面三点回归脱空识别方法中荷载~弯沉曲线出现截距值的根本原因。采用考虑接触的非线性有限元方法对脱空区域面板与基层接触面进行分析计算,结果表明:接触补偿大小与斜率差之间具有非常好的相关性,并且脱空区域顶面曲线形状对接触补偿大小的影响不大。研究结果为水泥混凝土路面脱空的定量识别提供理论基础,对水泥混凝土路面的养护技术发展具有重大工程实用价值。     

矩形中空夹层钢管混凝土梁纯弯性能有限元分析

借助ANSYS软件采用非线性有限元方法对矩形中空夹层钢管混凝土梁这一新型构件的纯弯性能从加载到破坏全过程的力学行为进行分析.分析模型考虑了钢材和混凝土材料非线性的本构关系.分析得到了钢材和混凝土应力分布、梁加载全过程的弯矩-跨中挠度曲线等.计算结果与已有试验结果吻合,证明采用本模型分析矩形中空夹层钢管混凝土梁非线性问题是可行的.     

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。     

刚接空心板梁桥横向分布系数研究

对刚接空心板梁桥横向分布系数计算方法及影响因素进行了对比分析。计算结果表明,对比梁格法,刚接板梁法计算结果偏不安全,设置中横梁及考虑铺装层对横向分布系数有一定影响,使桥梁横向受力更均匀。     

火损后预应力混凝土空心板梁检测、评估与加固技术研究

火灾在短时间内产生高温并对桥梁结构造成损伤,一般虽不致使桥梁立即倒塌,但却降低了其安全性、适用性和耐久性,使其无法继续正常使用。火灾后,必须及时、科学地对受损结构构件进行损伤评估,才能为火损后桥梁的处治对策提供可靠的理论与数据支持。依托足尺预应力混凝土空心板梁火损试验,进行火损后预应力混凝土空心板梁的检测,研究火损后该类板梁构件的损伤表现。在受火过程中板梁底板混凝土可能会发生爆裂情况,可能导致钢筋及钢绞线外露,直接承受火焰的炙烤。火损后板梁的剩余承载力一方面与钢绞线处的平均过火温度有关,另一方面与混凝土的爆裂严重程度有关,若钢绞线处的平均过火温度较高且混凝土爆裂导致钢绞线外露,则在加载过程中钢绞线可能断裂,使得火损后板梁承载能力明显下降。根据实测的火损后预应力混凝土空心板梁剩余承载力大小,采用粘贴碳纤维布方式对空心板梁进行加固,研究该加固方法的实际加固效果。结果表明:钢绞线所遭受的最高温度是火损后预应力混凝土空心板梁评估中的一个重要指标。烧失量法是检测混凝土过火温度较为精确的一种方法,可供实际工程应用时参考。粘贴碳纤维布加固火损后板梁是一种行之有效的加固方法,但碳纤维布对于刚度的贡献几乎为零。     

具有新型连接件的钢-混组合梁界面抗滑移试验与分析研究

为了解具有波折开孔板连接件的组合梁的界面抗滑移性能,采用试验与有限元模拟分析相对比的方法对设有双排波折开孔钢板连接件的钢-混凝土组合梁进行了研究。通过试验得到试验梁跨中截面沿梁高的应变分布、钢梁与混凝土板的界面相对滑移、相对滑移沿梁长的分布和组合梁破坏形态;通过与试验过程相应的有限元计算分析,得到组合梁的理论界面相对滑移曲线;实测与计算结果吻合较好。研究结果表明:波折开孔钢板连接件的抗滑移性能良好,混凝土板和钢梁具有良好的协同工作性能。     

铰缝损伤对于空心板桥横向分布系数的影响分析

空心板梁桥的荷载横向分布情况,是评价梁桥承载能力的重要参数。针对装配式空心板梁桥的铰缝损伤,本文首先介绍了铰接梁法的应用,结合破坏机理得到了铰缝损伤的计算模型,然后结合沈阳至海口国家高速公路汕尾陆丰至深圳龙岗段改扩建工程实例,对于铰缝单处损伤和多处损伤的空心板梁桥进行了模拟分析,发现铰缝损伤对于荷载横向分布的重分布具有较大的影响,研究结果对于未来类似工程提供可资借鉴的经验。