某外贴CFRP板加固预应力空心板梁桥数值分析研究

外贴CFRP板加固混凝土结构是目前运用较为广泛的加固方法。针对某预应力混凝土空心板实际加固桥梁,总结了加固结构承载力计算公式,建立了Ansys有限元分析模型,进行了预应力空心板桥梁CFRP板加固前后的承载力计算,同时考察了最佳CFRP板预应力、混凝土强度对加固结构承载力的影响。有限元分析表明:有限元承载力分析值与承载力公式计算值较为吻合,验证了有限元模型的可行性。CFRP板加固预应力空心板结构提高了其抗裂能力,同时加固结构的承载力得到显著提高。加固后静载试验混凝土挠度、应变均降低。不同CFRP板预应力水平分析表明,CFRP板预应力过大或者过小均是不利的,本有限元模型中确定的最佳预应力大小为1 000 MPa,当采用C60混凝土时,加固结构的承载性能提高最有利。     

既有空心板桥底板裂缝与加固分析

底板裂缝是既有空心板桥常见病害之一。依据既有空心板桥底板裂缝检测结果,利用有限元分析方法探讨了底板裂缝对既有空心板桥的性能影响,并分析了采用粘贴钢板法加固空心板底板的加固效果。结果表明:在公路-Ⅱ级汽车设计荷载作用下,该空心板桥已不能满足现在的公路-Ⅱ级汽车设计荷载等级的要求;随着空心板裂缝的发展和材料性能的衰退,跨中截面各块空心板下缘的拉应力和挠度逐渐增大;在采用粘贴钢板法对空心板进行加固后,空心板底缘混凝土的拉应力和跨中截面最大挠度显著降低,提高了桥梁整体结构的承载能力。     

空心板梁桥拓宽结构新桥截面选取分析

应用梁格法建立空间有限元模型,对比分析了当新桥采用普通空心板和宽幅空心板时,旧桥的内力状态。并且分析了新桥截面的刚度以及跨径对旧桥减载效果的影响,对空心板梁桥拓宽结构的设计有一定的参考价值。     

空心板桥铰缝失效对荷载横向分布影响分析

为了研究空心板桥铰缝失效对荷载横向分布的影响,推导了空心板桥整体受力及铰缝失效的典型力学模型,阐明了铰缝失效时荷载横向重分布的一般规律,并采用ANSYS有限元分析了不同损伤位置和损伤程度铰缝对上部结构荷载横向分布及其效应的影响。结果表明,铰缝失效改变了空心板桥上部结构的整体受力性能,损伤程度越大,上部结构组合板或单板效应越明显;失效铰缝相邻空心板荷载横向分布系数相对变化较大,最大为1.44和0.6倍;由于失效铰缝一侧空心板承担荷载比例增大,另一侧减小,导致相邻空心板挠度差异较大而产生错位、内力状态差别明显,建议加强偏载侧空心板应力监测。     

铰缝对宽幅空心板梁桥空间受力行为的影响

宽幅空心板铰缝失效后,此时只有桥面铺装层参与宽幅空心板间力的传递。而现行桥梁设计规范中均偏安全地不考虑铺装层刚度的影响。基于此,采用有限元分析方法建立了有、无铰缝的空心板梁桥计算模型,分析了荷载作用下两种模型的荷载横向分布以及整体结构的受力性能。结果表明:在弹性阶段(不考虑桥面铺装层开裂)有铰缝在一定程度上能够改善空心板的整体受力状态;铰缝构造能够显著地减小桥面铺装层下缘的横向拉应力。     

钢筋混凝土整体式空心板桥的开裂机理和性能评估方法

研究了整体式空心板桥在服役过程中的裂缝和性能评估方法.通过ANSYS软件建立精细空间实体模型,分析了设计荷载作用下整体式空心板桥开裂的机理;在弹性分析的基础上,考虑材料非线性的影响,对荷载试验的结果进行评估,并与刚接板法和弹性有限元分析结果进行比较;引入钢筋的锈蚀模型,对整体式空心板的时变极限承载力进行分析.研究结果表...     

横向连接失效对空心板桥受力影响

针对空心板桥的横向连接失效对空心板桥受力性能的影响进行深入的分析。利用动载试验针对桥梁横向联系加固后、横向连接钢板失效、铰缝混凝土与横向连接钢板失效三个工况进行有限元计算与现场数据实测,对比分析竖向挠度曲线。结论是空心板横向连接处板间受力复杂,传统的横向铰接板(梁)理论不能很好的模拟现场空心板横向连接间受力情况,未能突出模拟空心板的"单板受力"情况;空心板加固后,横向钢板失效与压力注胶失效对桥梁的承载力有一定幅度的降低,同时使桥梁的整体受力性能得到大幅度降低。     

结合面底部带门式钢筋的铰接空心板破坏模式分析

以在空心板与铰缝构造结合面底部布设门式钢筋的深铰缝构造为研究对象,参照2007年交通运输部颁布的装配式空心板桥标准图,设计了一跨8m足尺模型,通过试验和非线性有限元法分析了车辆荷载作用下铰接空心板破坏类型、破坏位置与开裂荷载等破坏模式。分析结果表明:试验验证了铰接空心板非线性有限元模型能较好地模拟铰接空心板在车辆荷载作用下的受力性能;在空心板与铰缝结合面的三个方向的黏结滑移关系中,应以竖向相对滑移量作为结合面黏结破坏失效的指标;在车辆荷载作用下,空心板与铰缝结合面是最薄弱的受力部位,当荷载达到69kN(0.99倍车辆荷载)时,空心板与铰缝结合面底部开裂,但当荷载达到85kN(1.21倍车辆荷载)时,空心板跨中截面底部才出现横向裂缝;与在结合面底部不设门式钢筋的空心板相比,在结合面底部设置门式钢筋后虽不能明显提高铰缝构造的开裂荷载,但可以将铰缝通缝荷载从140kN(2.00倍车辆荷载)提高至199kN(2.84倍车辆荷载),且不出现贯通的纵桥向裂缝。     

基于实数编码遗传算法的桥梁有限元模型修正方法

为克服传统桥梁有限元模型修正迭代优化过程中存在的局部收敛和提高模型修正精度, 提出了联合实数编码遗传算法与静动力实测数据的有限元模型修正方法; 引入四边形等参元理论和牛顿迭代法编制宏命令, 实现有限元模型中车辆荷载的快速自动加载; 基于结构有限元模型静动力特性构造目标函数, 以实数编码遗传算法为优化策略, 采用MATLAB平台建立了有限元模型修正框架; 通过对一个简支框架结构的数值模拟, 对比了所提出优化方法与其他方法的收敛效率和修正结果, 以验证所提出方法的有效性; 采用拉丁超立方体抽样分析了有限元模型参数变化对桥梁动力响应的影响, 以确定待修正参数, 并采用所提方法修正了一座改建的空心板桥梁的实体有限元模型。分析结果表明: 零阶算法和一阶算法对参数的敏感性和修正范围依赖大, 选用敏感性较小的参数或者参数修正范围大于50%将会导致错误的修正结果; 实数编码遗传算法对初始输入不敏感, 可避免局部收敛的情况; 采用灵敏度分析得到的主要待修正参数有空心板弹性模量、现浇层弹性模量以及支座横桥向和顺桥向的约束刚度; 修正后的空心板弹性模量增幅约为19.13%, 现浇层弹性模量增幅约为16.00%, 横向约束刚度增幅约为46.21%, 纵向约束刚度增幅约为72.72%, 修正后的有限元模型的静动力特性与实测响应吻合良好, 各测点静力响应误差均小于4%, 动力响应误差小于3%。      

路桥区下泾头空心板桥加宽设计及分析

通过对下泾头空心板简支梁桥在不同加宽方式下结构受力性能影响的计算分析,可以得到两点结论：一是通过有限元分析可以看出,经过加宽后,旧桥的受力性能会得到一定的改善,结构整体承载力得到提高;二是对于空心板桥,横向联系刚度能影响结构的受力性能。     

支座脱空病害对空心板主梁及铰缝的受力影响分析

为了得到支座脱空对空心板主梁及铰缝受力的影响,以交通部2008版13m空心板桥为基础,建立了三维实体有限元分析模型,进行了空心板铰缝在自重、二期恒载及车辆荷载作用下不同支座脱空工况的受力性能分析.研究结果表明,支座脱空会造成部分空心板主梁及铰缝的横向正应力和竖向剪应力增大,使得空心板和铰缝处于不利的受力状态,从而产生横...     

空心板桥体外预应力加固有限元数值分析

目前在中小跨径空心板桥中普遍出现了"单板受力"问题",单板受力"状态对桥梁危害性特别大,除引起空心板自身破坏外,还可引起桥面铺装、桥面伸缩装置、桥梁支座等的破坏,给行车安全带来了隐患。针对空心板桥的这一病害形式,借助有限元软件ANSYS对体外横向预应力筋加固前、后的空心板桥建立了有限元模型。分析了其荷载横向分布规律及预应力作用的加固效果。     

预应力空心板数值分析

预应力混凝土空心板在张拉钢筋时端部常出现裂缝，其弹性上拱值和应力分布与设计相差较大。将有限元用于空心板受力分析可取得良好效果，但若不做一定简化，其建模将十分复杂．结合实际工程，介绍了用有限元分析空心板的应力、变形和局部抗裂问题的具体过程和计算结果，其原理可推广应用于一般混凝土箱梁。     

在役空心板边梁开裂机理研究

基于某高速公路高架桥空心板边梁大规模出现结构性裂缝,总结了空心板常见的裂缝类型,并通过建立有限元弹性模型,分析并论证了:不恰当的跨中混凝土防撞护栏分缝导致的跨中混凝土应力集中,是引起边梁跨中出现结构性裂缝的主要原因。     

装配式板梁铰缝加固效果的数值分析

根据装配式空心板铰缝的受力特点,对各种板梁铰缝加固方案的加固效果进行数值分析。采用有限元软件ANSYS建立空心板梁桥实体模型,模拟板梁桥在车道荷载作用下的受力状态,研究板梁加固前后空心板桥主要力学性能的变化规律,比较各种铰缝加固方式的力学效果。由分析结果可知,各种加固方案均能在不同程度上恢复和提高板梁的横向刚度,在板梁底缘粘贴钢板最能改善铰缝的受力性能,但施工方便性不够;在板梁上缘粘贴钢板的方案加固效果最不理想;而在顶板粘贴槽钢及顶板混凝土与部分桥面铺装混凝土联合受力效果较好。     

铰缝损伤对装配式空心板桥受力性能影响研究

在役装配式空心板桥横向联系受设计、施工及运营各因素的影响,易出现铰缝损伤病害。为研究铰缝损伤对空心板桥结构性能的影响,论文根据现场空心板桥铰缝病害调研结果对铰缝损伤位置、损伤长度和损伤程度3种损伤类型分布特点进行统计分析;采用梁格法建立空心板桥有限元模型,对比分析了铰缝在不同损伤工况及类型下(长度、深度和位置)对结构受力性能影响。研究结果表明:(1)铰缝损伤位置越靠近跨中对于梁板受力的影响越大。(2)随着铰缝损伤长度增加,中板单侧损伤下活载弯矩增幅呈线性递增,而边板单侧损伤和中板双侧损伤均会导致梁板产生"单板受力"效应,其"单板受力"临界长度分别为0.6L和0.7L。(3)损伤长度或损伤深度二者之一较小时,活载作用下梁板弯矩和挠度变化很小;当损伤长度和损伤深度均较大时,活载作用下的梁板弯矩和挠度增幅明显。(4) 20 m标准空心板的中板单板受力时抗弯承载能力不满足规范要求,边板单板受力时抗弯承载能力和抗裂验算不满足规范要求。研究结果为空心板铰缝损伤下的结构安全评估及管养提供有益参考。     

新型装配式倒T形空心板桥受力性能

为解决现有装配式空心板桥的铰缝病害, 提出了一种新型装配式倒T形空心板桥; 进行了跨径8 m的倒T形空心板桥足尺模型试验和非线性有限元分析, 研究了车辆荷载作用下倒T形空心板桥各组成构件的应力、挠度和裂缝分布等, 得到了倒T形空心板桥的受力机理与破坏模式; 对比了倒T形空心板桥与带门式钢筋空心板桥的受力性能, 验证了倒T形空心板解决铰缝开裂问题的有效性。研究结果表明: 倒T形空心板桥的破坏过程分为弹性阶段、空心板开裂阶段、现浇结构层混凝土开裂阶段和受拉钢筋与钢板屈服阶段, 其整体受力性能良好, 极限荷载是带门式钢筋空心板桥的1.4倍; Ω形钢板上方受拉区混凝土首先达到拉应力限值3.17 MPa, 是受力薄弱部位; 由于Ω形和L形钢板的设置, 现浇结构层混凝土开裂时, 与结构层等高度的各结合面处的法向和切向黏结应力均不会超过限值2.30和0.29 MPa, 避免了结合面的黏结失效; 与带门式钢筋的空心板桥相比, 倒T形空心板构造不会减小空心板的开裂荷载, 且新旧混凝土结合面开裂在空心板开裂之后, 可从根本上解决传统空心板桥在车辆荷载作用下铰缝先于空心板开裂的问题。      

横向拓宽空心板简支梁桥基础沉降次内力分析

为得到横向拓宽空心板桥基础沉降的次内力影响,本文以某一级公路扩建工程为背景,建立了三维实体有限元模型,并考虑沉降计算模式及徐变的影响,对拼宽部位结构的次内力及适宜构造进行分析探讨。基于本例计算,作者推荐空心板简支梁桥的拓宽拼接构造宽度为0.5m左右。     

空心板桥梁加宽方案的有限元分析

针对目前我省已建成高速公路的桥梁结构中,大量使用了部颁典型空心板简支梁结构的现状,针对空心板桥梁拓宽工程中接缝是设计薄弱环节的情况,对空心板加宽设计中关心的差异沉降、差异刚度、上部构造的连接方式等对桥梁受力影响较大的因素进行有限元分析。     

铺装层对装配式空心板桥结构横向受力的影响

以20 m跨桥实桥试验测试结果修正有限元模型,得出符合实际工程的Abaqus有限元计算模型,对修正后的有限元模型进行弹性计算,探讨了桥面铺装厚度对装配式空心板桥整体性能的影响,得出了该桥经济合理的铺装层厚度取值。