基于可靠度理论的悬索桥预应力锚固系统时变计算方法研究

为定量评价悬索桥预应力锚固系统在长期腐蚀作用下的安全性,基于可靠度理论,利用既有试验成果,建立了腐蚀预应力钢绞线的极限强度、伸长率以及弹性模量的力学性能时变模型;分析了预应力锚固系统的失效模式,采用Monte-Carlo模拟方法建立了预应力锚固钢束的抗力时变模型;以某公路悬索桥为工程背景,基于MATLAB平台编制了随机车流程序,对桥梁有限元模型进行模拟加载,获得了活载效应分布模型;以承载能力极限状态为目标建立了预应力锚固系统的功能函数,构建了预应力锚固系统时变可靠度计算方法。以腐蚀电流密度为变量,分析了预应力锚固系统可靠度指标在不同腐蚀速率下的退化速度。研究表明:锚固系统的时变可靠性对预应力筋的腐蚀程度较为敏感,可靠度指标随预应力筋腐蚀率的增大而迅速降低;腐蚀电流密度的增加会导致腐蚀速率增大进而导致锚固系统可靠度指标降低,并且使得在服役的早期可靠度指标降低的速率增大;当腐蚀电流密度小于0.15μA/cm~2时,预应力锚固系统在设计基准期内能够满足目标可靠度指标,腐蚀电流密度增加将导致可靠服役的年限迅速缩短。     

防腐油脂对悬索桥锚碇预应力钢绞线锚固系统内缩量的影响

根据实际工程中应用的含油预应力钢绞线锚固系统足尺模型试验结果,分析由于防腐油脂的浸润和润滑作用对预应力钢绞线锚固系统内缩量产生的影响,为含油预应力钢绞线锚固系统的设计和改进提供参考.     

边坡预应力单锚索耐久性分析及其失效特性研究

岩土预应力锚索被广泛应用于高边坡加固工程中,作为一种深埋于地下的高应力结构,其工作环境中存在着一些以水为栽体的腐蚀性介质,加之张拉力的波动变化等因素影响,其自由段及内锚固段均存在着长期耐久性问题.基于实际边坡锚固工程预应力监测数据及室内试验成果,深入分析了影响预应力锚固结构长期耐久性的各种因素,并提出了可能影响其服役寿...     

桥梁锚碇预应力锚固系统数值仿真研究

由于预应力锚固系统结构和受力机理较为复杂,计算时通常对预应力施加进行简化,而使得该结构的计算精度不能满足工程实际的需要。文中以某大桥南锚碇预应力锚固系统为例,建立有限元三维预应力锚索模型,以杆单元降温的方式实现了全部65根锚索预应力的施加,再现了锚碇预应力系统的真实受力状况。得出在荷载作用下,钢筋最大拉应力为1.97 MPa,混凝土最大压应力为5.2MPa,均满足设计要求。     

PC箱梁竖向预应力张拉锚固阶段应力损失研究

为了分析PC箱梁张拉锚固阶段的竖向预应力损失,以2座实桥为例,进行了箱梁竖向预应力损失测试,对这2座桥梁竖向预应力损失进行有限元和解析法的求解,在此基础上与实测数据进行了对比;结合实例桥竖向预应力损失试验的现场经验,分析了造成张拉锚固阶段竖向预应力损失的多种因素及其影响程度。结果表明,锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失是张拉锚固阶段主要应力损失;预应力损失与施工质量有着密切关系,且在施工质量得到保证的条件下,实施二次张拉对控制锚固损失是非常有效的。     

悬索桥可更换式无粘结预应力钢绞线锚固系统

为实现悬索桥锚碇预应力钢绞线的可更换,提出一种无粘结、预应力钢束预埋管道设计为蜂窝式的可更换式预应力锚固系统。推导其在设计阶段锚固力满足正常使用及更换操作安全的先决条件,计算锚固力更换预警阀值,并推荐监测索力时采用基于空间均匀抽样的方式布置测点。以四渡河特大桥工程为例,验证该可更换式预应力锚固系统的可行性,实践证明:该系统满足对预应力钢束的各股索进行抽换、张拉时仍然能保证主缆索股锚固的安全性要求。目前,该系统已在国内若干工程中成功实施并取得了良好效果。     

预应力锚索张拉方式对预应力损失影响探究

预应力锚索结构的预应力损失问题已成为锚固工程界广泛关注的课题,为了研究张拉方式对岩土锚索结构预应力损失的影响,在总结影响预应力损失因素、机理的基础上,通过预应力锚索现场张拉试验,对比分析了预应力锚索在多循环加卸载和单循环加卸载两种加卸载方式下的荷载-位移曲线,得出了两种张拉方式下锚固段岩土体产生的弹性位移和塑性位移。基于塑性位移量计算出了相应的预应力损失值,在此基础上,评价了张拉方式对预应力锚索结构预应力损失的影响。研究表明:两种加卸载方式产生的平均弹性位移量基本一致,但多循环试验产生的塑性位移比单循环试验产生的塑性位移大9.1 mm,占单循环加卸载试验平均塑性位移量的36.1%,说明经过多循环张拉,锚索锚固段岩土体中存在的大量节理、裂隙,在反复循环荷载作用下在短时间被不断压密,起到加速蠕变作用,提前消除了11.3%的由于锚固段岩土体蠕变造成的预应力损失。建议对于地质情况较复杂、节理较发育的工程,在锚索张拉锁定时尽量采用多循环张拉方式,将有助于减小预应力损失,获得更好的长期锚固效果,降低预应力锚索工程安全风险,提高锚索工程的技术经济和社会效益。     

锚固段穿越双地层拉力型锚索拉拔力学模型及应用

预应力锚索灌浆体与周围岩土体结合面的极限黏结强度是预应力锚索设计优化的基础参数，然而该参数的取值目前还严重依赖于经验，尤其对于锚固段穿越双地层的工况。此外，预应力锚索现场拉拔试验只是被用来验证初步设计方案是否满足极限承载力要求，并未与设计方案优化建立定量联系。基于对拉力型预应力锚索工作状态作出的合理化假设，建立了适用于锚固段穿越双地层的拉力型预应力锚索拉拔传力机理力学模型，即弹簧-粘片力学模型。该模型给出了锚索锚固段剪应力状态处于不同阶段时的锚固段剪应力分布函数、拉拔力上下限以及拉拔力-始端位移理论关系式。通过将弹簧-粘片力学模型与现场拉拔试验相结合，提出了一种适用于锚固段穿越双地层的预应力锚索极限黏结强度的半解析预测方法。通过与实际工程中的预应力锚索现场拉拔试验成果及三维有限差分数值分析的对比，验证了该预测方法的有效性及其在预应力锚索设计优化中的应用性。研究结果表明：采用所提出的半解析预测方法确定锚固段穿越双地层的预应力锚索极限黏结强度时，只需开展一组现场拉拔试验，从而克服了仅依靠现场拉拔试验获取双地层中极限黏结强度时需开展至少2组现场拉拔试验的缺点，可大幅节约工程造价且有效缩短了工期，具有较好的工程应用前景。     

边坡预应力锚固参数的优化设计方法

在岩土边坡工程中,通常采用预应力锚索(杆)加固不稳定边坡以改善其稳定性。然而,在工程实践中,为了确保工程的安全度,对边坡预应力锚固的设计大多过于保守,造成了极大的投资浪费,预应力锚固作用机理及设计理论方法还有待于深入研究。根据对岩体强度、工程安全等级和结构面特征等影响边坡预应力锚固参数的因素分析,分别讨论了锚固角、内锚固长度、锚索布置形式及锚孔间距的优化设计方法,并结合工程实例分析了该优化设计方法的合理性。     

影响预应力锚索锚固安全性的主要因素研究

根据工程实践和经验,介绍了影响边坡预应力锚索锚固安全性的主要因素,并提出了解决这些不利因素的方法。为今后在设计和施工中如何增加预应力锚索的安全性,提高锚索支挡结构的长期稳定性提供借鉴。     

预应力锚索腐蚀原理与防腐技术方法初探

从腐蚀机理出发,阐述预应力锚索受腐蚀的现状及其防腐蚀的技术方法,提出浅显的建议。     

抗震锚索的开发与应用

汶川地震表明,地震引起塌方,导致交通生命线中断,是阻碍抢险救援的主要原因.调查分析发现,现有预应力锚索锚固结构存在较突出的抗震问题.抗震锚索通过缓冲地震瞬间冲击力、与岩土体协调变形、抵御动荷载等作用,可避免锚固体系在强震条件下发生毁灭性破坏.抗震锚索工作性能试验和现场破坏性试验表明,抗震内锚具满足抗震设计要求.提出抗震...     

预应力锚索锚固效应动态模型试验

为了解既有列车振动荷载对锚索预应力损失、地表沉降及桩体水平位移的影响,以京石高铁石家庄六线隧道明挖深大基坑桩、锚围护结构为工程背景,根据相似关系,试验确定了土体-桩锚系统模型试验材料;针对列车振动荷载特点,开展了基坑开挖完成后连续振动162 d（相似关系）的模型试验,分析了振动频率分别为8.282,13.801,20.704 Hz时锚索预应力的损失规律、地表沉降、桩体水平位移以及锚索预应力随锚固深度变化的特点。试验结果表明：随着振动频率（列车行车速度）的增加,锚索预应力损失率、最终地表沉降值和桩体水平位移均大幅增加; 8.282 Hz频率（行车速度120 km·h^-1） 下振动28 d,锚索预应力平均损失率为2%;13.801 Hz频率 （行车速度200 km·h^-1） 下振动53 d,锚索预应力平均损失率为8%;20.704 Hz频率（行车速度300 km·h^-1）下振动53 d,锚索预应力平均损失率高达23%;锚固段锚索应力沿锚索锚固深度呈喇叭状开口递减趋势,接近锚固段底部时,其应力几乎为0。通过动态模型试验,掌握了列车振动荷载作用下锚索预应力随时间的损失规律,对临近铁路深大基坑锚索设计与施工具有理论指导意义。     

斜拉索腐蚀损伤下斜拉桥体系可靠度研究

拉索腐蚀疲劳累积损伤是威胁斜拉桥运营安全的关键因素,导致斜拉桥运营期的换索次数多且换索成本高。为了准确评定斜拉索腐蚀疲劳损伤对斜拉桥结构安全的影响,从结构体系可靠性角度探索拉索腐蚀疲劳损伤的概率传递模型。分析了斜拉索腐蚀疲劳损伤对结构体系可靠度的影响规律,从而为换索决策提供依据。研究结果表明,疲劳和疲劳腐蚀效应共同作用下的拉索在20 a服役期内的强度系数分别为0.928和0.751,斜拉索抗力退化将导致斜拉桥主要失效路径变化,主梁索间距为30 m的斜拉桥在服役期的13 a,主要失效模式从由主梁弯曲失效转移至斜拉索强度失效,导致后期的结构体系可靠指标快速下降。     

考虑锈蚀影响的拉索状态UL列式分析法

针对拉索在服役期间经常出现的钢丝锈蚀及索力松弛病害现象,通过求解拉索微分方程边值问题及讨论索的收敛迭代解,引入Lemaitre的疲劳损伤应变等价原理和几何损伤理论,提出了在工程中拉索的锈蚀程度可通过适当折减拉索材料的弹性模量来表征,在此基础上,建立了计入拉索锈蚀和索力松弛影响的拉索状态UL列式分析方法,并成功运用到实际工程的拉索状态分析中。研究和工程实践表明拉索的锈蚀和索力松弛在服役期间拉索结构状态分析中不容忽视。所提供的方法,考虑了拉索锈蚀及索力松弛病害影响,为大跨度斜拉桥服役期间拉索状态较为精确的非线性分析提供了重要依据。     

钢芯FRP束预应力混凝土梁受力性能研究

在研究钢芯FRP包裹束的构造和力学性能的基础上,分别对以钢芯FRP包裹束、FRP束和钢束为预应力材料的预应力混凝土梁进行全过程受力分析。结果表明,钢芯FRP包裹筋可代替钢束作为预应力筋,对梁的受力性能的影响在桥梁工程应用的许可范围内,并且采用钢芯FRP包裹筋为预应力较FRP束更为实用;钢芯FRP包裹筋具有双线性特征,预应力钢芯FRP包裹筋混凝土梁的张拉控制应力应小于钢芯FRP包裹筋的名义屈服应力;钢芯FRP包裹束的预应力混凝土梁除具有与FRP束预应力混凝土梁同样的耐久性外,还能通过改变其微结构设计,适应不同的力学性能要求。     

新型BFRP锚杆在边坡支护工程中的施工工艺研究

新型BFRP筋材具有高强度、耐腐蚀、与注浆体粘结性能良好等优点，适合作为工程锚杆。从BFRP锚杆制作、锚具设计、锚杆施工步骤等角度，对新型BFRP筋材锚杆的施工工艺进行研究。设计制作了适合于预加力锚杆和非预加力锚杆的BFRP锚杆专用锚具，并获得简易对中器制作方法及锚具粘结工艺。通过实际工程应用表明，所提出的新型BFRP筋材锚杆施工方法合理可行。     

服役斜拉索疲劳状态的全场域在线实时监测与智慧感知

为了能对斜拉桥拉索的服役性能进行更为准确和及时的评估,提出了一套服役期拉索疲劳状态评估的全场域实时监测与智慧感知技术方案。该方案首先给出了基于拉索横向动刚度分析理论的拉索全场域、全应力时程的实时感知方法,其次利用Miner线性疲劳累计损伤理论评估拉索全场域的疲劳损伤状态;最后,将其应用于一座斜拉桥的拉索的振动监测信息处理上,证明了所建议的技术和方案可实现服役拉索疲劳状态的全场域实时监测和智慧感知。具体结论如下:在拉索疲劳应力幅的组成中,由外荷载引起的索端位移产生的索力变化所产生的应力占比最大,当拉索发生较大幅度振动时,振动附加索力变化产生的应力也不可忽略;通过对拉索疲劳应力幅的统计分析发现,与长索相比,短索对外荷载更加敏感,通常会引起更大和更频繁的索力变化,故在斜拉桥拉索疲劳分析中,应对短索给予更多的关注;在拉索疲劳损伤分析时,弯曲应力和腐蚀的影响非常显著,若要使拉索疲劳寿命的预测更接近实际工程情况,需要考虑弯曲应力和腐蚀的影响;在应力幅较大的区域,对应循环次数较少,但拉索疲劳损伤度较大,在应力幅较小的区域,虽然循环次数较多,但拉索的疲劳损伤度较小,所以,在疲劳分析中,拉索应力幅比循环次数更值得关注。     

钢-混凝土组合连续梁桥体外预应力设计

结合深圳市机场南路新建工程50+82+50m钢-混凝土组合连续梁桥的设计实例,对体外预应力钢束束形布置、张拉控制应力、自振特性、转向装置、耐久性设计等方面进行了分析研究.研究结论认为在此类设计中,应重点考虑锚固区和转向装置、体外索振动和防腐要求等方面的问题.     

基于群索索力域的斜拉桥结构性能状况评估

针对目前依据单根斜拉索索力值变化评估斜拉桥运营健康状态的不足,提出一种基于群索索力域映射斜拉桥性能状况的方法。该方法基于蒙特卡罗法模拟获得斜拉桥群索索力域,在实测索力与群索索力域间做相异度最小寻值,根据桥梁结构不同的极限状态定义评估阈值。以国内某已建24年的大跨径预应力混凝土斜拉桥为工程实例,基于近6年(2013~2018年)实测索力数据,依照提出的新评估方法与传统评估方法对主梁结构性能状态进行评估。结果表明:传统评估方法仅得出2013年单根索力变化幅值超限的结论;新评估方法得出2013年、2018年主梁跨中截面存在消压风险,需要持续跟踪关注。该方法可定量、直观地分析评估群索索力变化对桥梁结构受力状况的影响,为桥梁的科学管养决策提供依据。