带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁承载能力试验

为了给带加劲肋钢-混凝土组合蜂窝梁这一新型桥梁结构形式的设计和施工提供参考,对其进行了承载能力的模型试验研究,分析了该结构的变形特征、破坏模式、承载能力和极限状态.根据弯矩-剪力相关方程推导了组合蜂窝梁的承载能力计算公式,并将分析结果与试验结果进行了对比;最后建立组合蜂窝梁的有限元计算模型,对主要参数进行了数值分析.结果表明:承载能力计算值与试验值吻合良好;开孔截面加劲前,组合蜂窝梁由于孔洞边缘局部屈曲而丧失承载能力;开孔截面加劲后,其破坏形态为弯曲破坏.     

对桥梁设计冗余度的研究

在桥梁设计过程中,为了保证桥梁整体结构的稳固和安全,越来越注重有效的运用冗余度理念,分析桥梁的断裂和破坏模式与冗余度的内在联系,以确定桥梁抵抗一般结构损坏力的能力。本文主要通过分析美国钢桥和俄亥俄州I-275四跨连续钢板梁桥为例,首先对冗余度的定义以及其在桥梁结构体系中的内在意义,其次简要的介绍了冗余系数与桥梁各设计参数的关系,最后针对桥梁结构的冗余度设计提出了几点合理化建议。     

桥梁结构冗余度的优化设计措施

在进行桥梁结构设计时,为了提高桥梁结构整体的安全性和稳固性,对冗余度的利用越来越多。通过分析冗余度和桥梁结构破坏模式、断裂模式之间的内在联系,可以确定出桥梁结构低于结构损坏的能力。文章首先对桥梁结构冗余度的含义进行了分析,然后对冗余度对桥梁结构造成的影响进行了探讨,最后提出了桥梁结构冗余度优化设计措施,保证桥梁结构设计的耐久性、安全性和稳定性。     

局部失效盾构隧道管片承载特性及破坏机理

局部失效(混凝土或钢筋缺失)会显著影响盾构管片的承载性能，甚至会诱发隧道整体结构的破坏。为明确局部失效对管片承载特性的影响，分别开展了标准管片和跨中及侧部开孔管片承载特性的足尺试验，并对管片的位移、裂缝扩展及混凝土应变进行了监测。试验结果表明：管片破坏过程分为4个典型阶段，并将各个阶段的临界荷载定义为管片的3个特征荷载。根据各特征荷载值对管片的承载特性进行了对比分析，明确了开孔管片的承载能力低于标准管片，且开孔位置对管片的承载特性具有较强影响。为进一步明确局部失效盾构管片试验结果的准确性，采用混凝土弹塑性损伤本构建立了与试验对应的三维精细化数值模型，并通过与模拟的对比验证了试验结果的合理性。随后，依据标准管片各承载特性，定量分析了管片开孔直径及开孔位置等因素对管片抗弯承载特性的影响规律，并初步提出了局部失效盾构管片抗弯承载特性的理论计算模型。研究结果可为极端条件下地铁盾构隧道的安全性评估及加固设计提供理论基础。     

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。     

T型抗震柱的悬挑方案设计与安全验算

依据案例的现场情况,设计并验算了不完全规范搭设的悬挑脚手架安全性能。采用数值分析的方法建立结构简化和细化两种模型,用Midas Civil先计算出悬挑结构简化模型连接点的受力情况;再使用平面单元建立的焊缝、螺栓等细化模型,验算悬挑细部结构的承载安全能力;最后用XTRACT分析结构梁柱截面,验算已建成结构承载能力。考虑风荷载作用下,拟定方案符合力学承载要求,各杆系与型钢承载能力仅发挥约30%,除螺栓、耳板和焊缝达到70%左右利用率,其他局部材料特性未能充分利用;悬挑架体对结构整体承载能力影响较小,建议施工时着重考虑压环和螺栓接口的局部破坏,适当增加锚固材料强度和锚固深度;悬挑架体设计时,若增大架体杆件连接材料强度,可适当增大钢管布置间距,提高钢管周转率,降低施工成本。     

预应力钢筋混凝土箱梁的结构冗余度

桥梁的设计和评估通常是基于构件的强度和使用可靠性准则。然而根据分析,其中任何一个构件破坏或者超过其名义承载力,桥梁仍能够有足够的储备强度和多重路径来抵御倒塌。结构系统这种能够在破坏构件周围进行力的重分布的能力称之为结构冗余。为了在设计阶段和安全度评估阶段考虑结构的冗余度,AASHTO LRFD规范和LRFR采用的是基于规范和工程经验得到的荷载和系统的修正参数。在竖向和横向荷载作用下,预测得到了预应力混凝土箱梁的冗余度。采用框架和梁格模型进行了静力弹塑性pushover和非线性静力pushdown分析。梁格模型将通过与更为先进的有限元分析软件ABAQUS进行对比验证。研究了不同的破坏模式和不同的梁、柱连接对结构冗余度的影响。基于上述结果提出了考虑预应力箱梁冗余度的一系列系统参数。提出的系统参数可以用于预应力混凝土箱梁在承受瞬时横向荷载和竖向汽车荷载时的设计和安全度评估。     

单梁受力板桥加固设计分析

早期建造的桥梁由于横隔梁配筋不足或设置不合理等造成横向刚度不足、联系较弱;随着城市的发展,超载现象越来越严重,因超载车辆的荷载远远超过规范中桥梁的设计载荷而使桥梁不堪重负,主梁在超载作用下纵向抗裂能力不足,桥梁裂缝进一步扩展,造成桥梁早期破坏。文中以某立交跨线桥为例,对横向联系较弱的梁桥进行受力分析,并提出加固及处理方案。     

不同破坏模式桥墩地震易损性及震后剩余承载力评估

震后桥梁通行能力预测与评估是抢险救援工作顺利进行的技术需求。桥墩是桥梁结构中重要的承载构件,地震作用下易发生损坏,由于设计参数的不同,将呈现弯曲破坏、弯剪破坏等不同破坏模式。应用理论易损性曲线法,以位移延性比来定义损伤指标,确定地震作用下桥墩弯曲破坏和弯剪破坏两种破坏模式的损伤程度判断标准,得到易损性曲线。为了分析桥梁震后通行能力,引入竖向承载能力折减系数作为损伤指标,对不同等级地震动作用下竖向承载能力的折减进行分析,并回归得到该损伤指标与地面震动加速度的函数关系。分析结果显示,相比弯曲破坏模式,桥墩在地震作用下发生弯剪破坏时达到中等破坏和完全破坏状态的概率随着地面震动加速度的增大而急剧增加。在弯剪破坏模式下,桥墩竖向剩余承载能力随着地面震动加速度的增加而下降的幅度也更大。需要在桥墩设计中合理选择参数避免弯剪破坏的发生。     

魁北克大桥连续倒塌过程及结构冗余度分析

加拿大魁北克大桥为(152.5+549+152.5)m连续钢桁梁桥,在其架设过程中由于杆件失效导致连续垮塌。为分析该桥的失效模式与冗余度的内在联系,通过理论推导和空间有限元模型,对整体结构和最先失效的下弦压杆A9L的连续垮塌过程及结构冗余度进行分析,并研究了关键影响参数。结果表明:架桥机显著增加了A9L杆轴力,直接导致其失效,整体结构为静定结构,缺乏冗余度;缀条因连接铆钉抗剪强度不足失效,导致分肢失去侧向支撑而失稳破坏,压杆结构冗余度不足;压杆初始挠跨比对其稳定性和受力影响不大,提高缀条刚度和改善缀条结构形式可大幅度提高杆件承载能力和冗余度。     

钢箱-混凝土组合拱桥受载全过程分析

了解钢箱-混凝土组合拱桥受载全过程的力学行为,采用有限元程序ABAQUS建立重庆江津笋溪河大桥的全桥模型,分析了在承载能力极限状态下全桥的力学行为。分析结果表明,在承载能力极限状态下,结构的破坏表现为塑性破坏,跨中正弯矩布载时的超载能力为12.2倍汽车荷载,拱脚负弯矩布载时的超载能力为16倍汽车荷载。     

大跨度变截面悬链线双曲拱桥维修加固技术研究

洞湾大桥是湖北省境内的一座大跨度变截面悬链线无铰双曲拱桥,针对该桥的病害特点.同时采用局部增大主拱圈截面、更换腹拱圈、减轻结构自重和制定严格的拆桥工艺4种措施来加固改造危旧双曲拱桥.采用空间有限元计算方法,建立了桥梁维修加固前后的空间模型,计算结构内力情况并确定桥梁的抗力效应;同时对加固前后桥梁进行静、动荷载试验,检测桥梁的实际承载能力状况.分析计算及试验结果表明:通过维修加固,桥跨截面抗力储备明显提高,桥梁结构刚度和承载能力完全达到公路-Ⅱ级的设计要求.     

2000～2008年美国桥梁倒塌案例分析与启示

给出2000～2008年美国发生的16起桥梁倒塌事故的相关数据,并对其中的典型案例进行具体介绍.在16起事故中,10例是偶然事件或超载等外部原因引发的;3例是桥梁运行了约四、五十年后因损伤累积、耐久性低下而发生坍塌;另外3例是设计或施工过程中的失误导致的.从这些事故中,得到关于桥梁设计、施工和管养工作的几点启示.     

预应力混凝土连续箱梁桥破坏性试验研究

以沪宁高速公路新兴塘大桥主桥为例,介绍了预应力混凝土连续箱梁桥破坏性试验的方法,对加载方式、测试方法、试验现象和试验终止条件等进行了详细描述。考虑混凝土和钢筋的非线性行为以及预应力效应,建立了桥梁结构的整体三维非线性实体有限元模型,根据试验实际加载过程对桥梁试验进行了仿真计算。通过对试验测试结果和计算结果的分析,获取了试验桥梁的变形、应力和裂缝的发展规律,研究了桥梁的受力特性、破坏机理和承载能力等情况。研究结果表明,试验桥梁具有良好的刚度和强度,其破坏过程符合传统认识和设计假定,承载能力具有较大的安全储备,能够满足安全与使用要求。试验研究的结论可为预应力混凝土连续箱梁桥的试验、设计与维护提供参考。     

基于层次分析法和模糊评判的预应力混凝土桥梁承载力评估

针对预应力混凝土桥梁的特点建立承载能力评判结构模型,对桥梁各部件的材料损伤程度进行模糊分级,利用层次分析法确定各层权重,进而通过模糊综合评判确定在役桥梁的承载能力状况。该评定方法能够较好地反映在役预应力混凝土桥梁的承载力状态,改进了承载能力评判结构模型,优化了旧桥承载能力综合评估,本文通过工程实例分析对此进行了很好的验证。     

体外预应力节段预制胶拼梁抗弯极限承载能力模型试验研究

为研究体外预应力节段预制胶拼梁的抗弯极限承载能力和破坏模式,以某3×30m一联连续箱梁桥为背景,以偏不利的实桥中跨为研究对象,根据相似理论,设计制作了一跨缩尺比为1∶3的10m简支工字型试验梁,按照设计承载能力极限状态跨中最大正弯矩荷载组合和活载超载2个阶段进行了分级加载试验。结果表明:跨中最大正弯矩工况下,梁体强度和刚度满足设计要求,结构整体受压,处于弹性受力状态;超载工况下,梁体底板逐渐消压,跨中附近接缝截面底板开裂,随后裂缝逐渐变宽并竖直向上延伸,直至荷载超过接缝截面抗力设计值后,顶板局部混凝土压碎,而钢绞线未屈服;体外预应力节段预制胶拼梁具有较大的抗弯极限承载能力,可能发生的破坏模式为跨中附近接缝截面顶板混凝土受压破坏。     

基于三维摩擦-接触模型的连续梁桥地震碰撞效应分析

地震作用下桥梁的碰撞作用是导致桥梁局部破坏的重要原因之一,为分析连续梁桥在地震作用下的碰撞响应,通过Hypermesh与ABAQUS软件建立了全桥有限元模型,基于三维接触-摩擦碰撞模型分析碰撞作用对梁体与桥墩的影响,研究结果表明:多维地震输入时伸缩缝处碰撞总次数与最大碰撞力远大于单维输入与双维输入工况,为设计安全考虑,...     

欧洲规范下公路钢筋混凝土桥梁设计分析

涉外工程桥梁设计过程中,常常需要将欧洲规范和中国规范的相关内容和计算结果进行比较分析.该文对欧洲规范中公路钢筋混凝土桥作用效应组合的特点和相关规定进行论述,在此基础上,结合某桥梁计算实例,介绍欧洲规范承载能力极限状态和正常使用极限状态下的设计内容,并与中国规范的相关内容进行了定量的同步计算对比分析.结果表明:欧洲规范和中国规范有相似的地方,也存在着差异,采用欧洲规范进行结构设计时,多以承载能力计算结果控制设计,而中国规范会遇到裂缝宽度验算控制设计的情形.     

板式桥梁锚下局部承压问题的研究

针对板式桥梁张拉过程中因局部承压出现的裂缝,首先进行了病害的成因分析和相关规范规定的比较,然后进行了20 m预应力空心板桥锚下局部承压的有限元分析,并将分析计算结果与空心板桥端部破坏的调研情况相结合,为板式桥梁通用图的梁端截面尺寸及配筋设计提供了理论依据.     

钢筋混凝土连续弯箱梁桥病害原因分析与加固处理

采用Midas/Civil有限元软件建立某高速公路匝道桥有限元模型,计算结果表明:原桥梁设计设计合理;即使活载增大1倍,桥梁上部结构仍能满足承载能力极限状态要求,但部分截面开裂,裂缝宽度不满足正常使用极限状态;通过正常使用极限状态裂缝宽度反推活载可以看出,当活载增大到原设计活载的1.27倍时,9号墩顶最先达到正常使用极限状态,这说明桥梁检测中发现的裂缝有可能是由超载车辆引起;粘贴钢板、粘贴碳纤维两种加固方案均可行,综合两种加固方案的分析结果,粘贴钢板加固方案较为合理,在实际工程中采用粘贴钢板加固方案,加固以后结构承载能力有一定提高。