铁路新型标准混凝土箱梁预应力锚固区力学行为精细化研究

标准混凝土箱梁在我国铁路建设中得到了广泛应用。铁路应用某新型标准混凝土箱梁,采用单排大吨位的预应力锚固形式,共计在梁端设置了17个预应力锚固区。相较于武广客专等应用的双排预应力钢束标准混凝土箱梁,其腹板预应力锚固区的局部应力分布及精细化力学行为值得进一步研究。通过建立新型标准混凝土箱梁空间有限元模型,考虑材料的非线性行为,对箱梁端部预应力锚固区的局部应力场及裂缝开展高精度计算分析。研究结果表明：预应力钢束张拉过程中锚固区混凝土最大主压应力位于N6(腹板最上部预应力钢束)的喇叭口边缘,为33.45 MPa;最大主压应力小于其抗压极限强度值,集中在喇叭口的环向范围内,整体呈现区域小、收敛快的分布形式;标准混凝土箱梁的主拉应力值随预应力钢束张拉不断增大,其中N3(腹板最下部预应力钢束)区域的主拉应力变化最为显著,张拉完成后,锚固区混凝土最大主拉应力达到了混凝土抗拉极限强度,主要分布于锚垫板四周,最大裂缝出现在N6锚垫板上边缘的两角处,裂缝宽度为0.088 mm。混凝土封锚可有效降低预应力锚固区的开裂风险,但在实际服役环境中仍应对此区域进行重点关注。     

大跨度双线无砟轨道预应力简支箱梁梁端锚固区应力分析

针对双线无砟轨道56 m预应力混凝土简支箱梁在大吨位群锚作用下的梁端受力行为,采用ANSYS软件对梁端锚固区建立有限元模型并进行仿真分析,得出梁端锚固区在预应力束张拉各阶段及最终成桥时的应力变化规律,并通过施工监测对理论分析进行验证,现场试验结果与理论分析结果吻合。     

预应力RPC箱梁剪力滞效应分析

活性粉末混凝土(RPC)是一种具有超高强、高耐久性的新型高性能混凝土材料。用有限元法和能量变分法对预应力活性粉末混凝土简支箱梁的剪力滞效应进行研究。研究结果表明:RPC箱梁由于材料特性的改变使得剪力滞效应比同等条件下普通混凝土箱梁的大,在设计中应特别注意。各工况条件下的剪力滞效应从跨中到梁端部均逐渐增大,正应力在跨中附近比较接近梁理论计算结果,但在八分之一截面处相差较大,甚至超出初等梁理论计算值约20%;箱梁同一位置的剪力滞效应随荷载形式变化有不同的规律;预应力对剪力滞效应的影响不大,仅在梁端部区段略有增大,这是受梁端部预应力的影响。建议在设计时,满足梁端部抗裂设计的同时,抗弯也要留有一定的富余。     

大跨度斜拉桥混凝土索塔区侧壁竖向拉-压杆模型研究

大跨度斜拉桥预应力混凝土索塔锚固区容易开裂,本文采用拉-压杆模型对锚固区竖向受力及预应力锚固范围进行研究。根据索塔锚固区受力平衡原理和几何关系,建立索塔锚固区侧壁竖向拉-压杆模型,得到简便实用的拉-压杆受力计算公式,且公式计算值与专业软件CAST计算值相同。计算结果表明:在索力竖向分力的作用下,侧壁产生拉应力的高度范围是恒定的,且只与主塔几何尺寸有关,与索力大小无关;在索力竖向分力的作用下,距离索力作用点越近,侧壁高度方向上拉力越大。研究结果可供索塔锚固区环向预应力设计参考。     

U形小半径环向预应力高强钢丝镦头锚施工技术研究

斜拉桥索塔锚固区是索塔主要受力部位。为提高锚固区的水平承载能力并且满足抗裂性要求,通常在混凝土索塔锚固区设U形环向预应力,在受拉区储存压应力从而改善结构受力,因此环向预应力施工质量对整个斜拉桥安全可靠性至关重要。锚固区预应力体系主要有钢绞线、高强钢丝两种,由于环向高强钢丝施工时普遍存在张拉工艺不稳定、经常产生断丝超标等现象,严重影响预应力张拉质量,因此目前在国内应用较少。本文依托广西贵港市青云大桥预应力高强钢丝施工实践,通过实测现场U形预应力孔道形状、计算机模拟孔内钢丝位置以及自行研制一种镦头锚体系预应力张拉装置的措施,大幅降低断丝率,提高张拉作业的安全性,为类似工程施工提供参考。     

贵广铁路大跨预应力混凝土连续梁端部局部应力分析

针对大跨度预应力混凝土连续梁端部预应力锚固区,探讨梁体局部应力分析时预应力钢筋的模拟方法,采用优化后的建模方法建立了三向预应力作用下的梁端锚固区的有限元模型,分析了梁端部锚固区的受力机理,结果表明梁端设计合理,分析方法可靠。     

大跨度预应力混凝土简支箱梁的梁端应力分析

通过对大跨度预应力混凝土简支箱梁梁端应力的空间分析 ,优化箱梁预应力筋的配置 ,避免类似箱梁张拉阶段梁端竖向裂纹的产生。     

芜湖长江大桥索塔锚固区模型试验研究

芜湖长江大桥桥塔拉索锚固区为预应力混凝土箱形结构，无中间梁，索塔锚固区为单箱单室结构，拉索锚固区通过双向预应力平衡强大的拉索水平分力，受力十分复杂，为研究索塔锚固区应力分布状况，检验其抗裂性能，为设计提供科学依据，对芜湖长江大桥斜拉桥主塔锚固区段进行了足尺模型试验，并结合有限元分析，指出了索锚固区应力分布特点，介绍了该桥索塔锚固区模型试验的内容，步骤和方法，并将试验结果与有限元分析计算的结果进行了比较。     

京沪高速铁路简支箱梁结构参数与构造优选

依据秦沈客运专线的设计、施工经验，结合京沪高速铁路建设的需要，对京沪高速铁路预应力混凝土简支箱梁的部分设计参数进行优化，包括箱梁结构的支点位置、腹板厚度和腹板坡度等；依据专业设计院提供的原始资料，基于有限元分析，获得了不同参数下的结构静力性能；综合结构力学效应、施工和维护等提出了相应的设计参数优化建议、推荐方案、支座不平整限位值和梁端配筋与抗裂措施。     

钢纤维增强橡胶高强混凝土抗拉强度试验研究

按照普通混凝土力学性能试验方法和钢纤维混凝土试验方法的要求,比较了钢纤维橡胶高强混凝土在立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和拉压比等力学性能方面与高强混凝土和橡胶高强混凝土的差别,得出钢纤维的掺入能有效提高橡胶高强混凝土的抗拉强度和拉压比的结论,为其工程应用提供试验数据.     

混合梁斜拉桥微膨胀UHPC灌注钢混结合段的时变效应

为明确微膨胀超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete,UHPC)灌注材料的收缩徐变对混合梁斜拉桥钢混结合段长期性能的影响,以湖北武穴长江公路大桥为工程背景,开展材性试验与结构反应实测。基于一种全桥杆系+局部空间网格的多尺度有限元建模方法,对不同灌注材料收缩徐变下钢混结合段的时变效应进行分析研究。研究结果表明：实桥所采用的微膨胀UHPC在测试龄期内膨胀应变呈现出先增后减且始终保持膨胀的趋势,在约5 d龄期时达到最大膨胀应变292.6με,至1 080 d时为83.8με;徐变系数在前50 d龄期内增长较快,至1 080 d时为1.63。灌注材料的收缩可在结合段内部产生显著的次应力,表现为内填混凝土的拉应力和钢格室的压应力;徐变则会导致混凝土应力松弛而使一部分恒载压应力向钢结构转移。运营20 a后,钢混结合段内填普通混凝土存在较高的开裂风险。未作收缩控制的普通UHPC虽亦出现拉应力,但未超过其抗拉强度,抗裂安全系数仍可达到1.5以上。而微膨胀UHPC处于受压状态,不存在开裂问题。微膨胀UHPC的应用,既可改善内填混凝土的抗裂性能,又有助于常规钢混结合段...     

基于桁架-拱模型的钢筋UHPC矩形梁抗剪承载力计算方法

超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete, UHPC)在铁路桥梁中有着广阔的应用前景，UHPC梁的抗剪承载力计算是UHPC结构设计的重要部分。针对钢筋UHPC矩形梁，利用数值分析方法，分析剪跨比、纵筋配筋率、箍筋配筋率、钢纤维掺量等各因素对梁抗剪承载力的影响；在传统桁架-拱模型的基础上单独考虑钢纤维的增强作用，把钢纤维作为桁架模型中的受拉斜腹杆并根据厚壁圆筒原理推导钢纤维提供的抗剪承载力，结合UHPC的材料特征和UHPC矩形截面构件的抗剪设计特点，建议斜压腹杆倾角和软化系数等关键参数的取值，提出能考虑钢纤维掺量和几何特征的UHPC矩形梁抗剪承载力计算公式；以国内外147根UHPC矩形梁的抗剪试验结果验证计算方法的正确性和适用性。结果表明：建议的UHPC矩形梁抗剪承载力公式计算结果与实测值吻合较好，相比常用的国外UHPC结构设计规范建议方法，方法得到的结果与实测值更为接近；钢纤维对梁的抗剪承载力有显著贡献；纤维掺量和纤维几何特征对梁的抗剪承载力有明显影响。     

900t大型预制箱梁早期张拉抗裂性能研究

运用数值方法和现场测试,研究900 t大型预制预应力混凝土双线简支箱梁在预、初张拉过程中的应力、变形状态及抗裂性能。采用通用有限元分析软件MIDAS/Civil,按弹性支撑计算模型,对预、初张拉阶段箱梁的应力和变形状态进行模拟计算,分析基础刚度、箱梁翼板有效宽度及混凝土弹性模量关键参数对计算结果的影响。在箱梁跨中截面内埋设钢弦式应变计,在梁顶面布置观测标,监测预、初张拉阶段的混凝土应变和梁体变形。研究结果表明,900 t大型预应力混凝土双线简支箱梁跨中截面在预、初张拉阶段未出现拉应力,初张拉后箱梁明显上拱。采用只受压弹性连接模拟箱梁与台座之间的接触关系进行箱梁受力状态分析,能够模拟出梁体在预应力束逐批张拉下梁体逐渐起拱以及梁体自重逐渐参与作用的实际情况,梁体上拱变形的计算结果与实测结果符合较好。     

高性能混凝土轴心抗拉强度与劈裂抗拉强度试验研究

就C70－C100高强度性能混凝土的轴心抗拉强度强度与劈裂纹拉强度进行了对比试验研究，试验结果表明：高强高性能混凝土的抗拉性能明显改善，脆性有降低，同时其轴心抗拉强度，抗压强度与劈裂抗拉强度均有良好的相关性。     

基于截面纤维模型的UHPC-NC组合桥墩抗震性能研究

针对传统钢筋混凝土桥墩在塑性铰区域损伤容限、耗能能力和变形性能的不足,提出将超高性能混凝土(UHPC)替代塑性铰区域普通混凝土(NC),并搭配高强钢筋,形成一种新型的UHPC-NC组合桥墩。为探讨这种组合桥墩的抗震性能,基于截面纤维模型编制了考虑轴力二阶效应的压弯构件非线性分析程序,通过与UHPC和NC桥墩低周往复荷载试验数据进行对比,验证分析程序的可靠性。在此基础上运用编制的程序分析轴压比、纵筋直径、纵筋强度和UHPC高度等参数对组合桥墩抗震性能的影响。结果表明：组合桥墩位移延性系数随着轴压比的增加而降低,随纵筋直径和纵筋强度的增大表现出先增大后降低的趋势,随UHPC替换高度的增加表现出先增大后逐渐平缓的特征,合适的UHPC替换高度是实现组合桥墩位移延性和经济性的重要前提。     

活性粉末混凝土简支箱梁模型试验研究

为了研究活性粉末混凝土在铁路箱梁中的结构性能和破坏状态,试验设计了1孔斜腹板薄壁活性粉末混凝土简支箱梁模型。该箱梁模型采用节段拼装制梁成孔,短线法预制,采用胶接缝。本试验完成了跨度24 m活性粉末混凝土简支箱梁的预制和拼装施工,研发了适应活性粉末混凝土箱形梁预制的钢模板系统,探索了合理的拆模、搅拌、浇筑、养护、预应力张拉工艺。通过活性粉末混凝土简支箱梁静载试验,对设计参数的选取和计算方法进行了验证。试验结果表明:梁体刚度和抗裂安全系数满足设计要求;跨中截面和1/4跨截面中性轴高度实测值均与设计值基本一致;胶接缝的抗拉弹性模量满足设计要求。     

连续刚构桥施工过程中腹板裂缝检测与研究

研究目的:针对某大跨预应力混凝土连续刚构桥在施工过程中腹板开裂的问题,对该桥主桥腹板所有裂缝进行全面检查,完成可查裂缝宽度、深度的检测。通过归纳总结裂缝的分布特征,利用有限元分析软件ANSYS建立开裂混凝土节段的空间模型,结合腹板开裂相关理论,分析腹板开裂的原因,探究裂缝分布规律。研究结论:(1)腹板两侧的裂缝基本对称于箱梁纵轴线,较多出现在腹板内侧,与腹板下弯束的布置位置、方向符合程度较高;(2)有限元分析结果表明,腹板下弯束及其锚固点周围的部分区域主拉应力超过混凝土抗拉强度设计值,且该区域基本沿预应力束分布;(3)该腹板裂缝属于主拉应力裂缝,过大拉应力主要来源于预应力束径向力、箱梁空间效应产生的次拉力以及锚固应力扰动区的横向拉应力;(4)设计者应重视箱梁横向应力和空间效应,必要时对复杂受力区域进行精细的局部分析,以保证主拉应力不超过限值;(5)本研究成果可为预应力混凝土连续刚构桥的相关设计及施工提供参考借鉴。     

杭州湾大桥梁上运梁过程仿真分析

对杭州湾大桥非通航孔滩涂区的50 m箱梁上运梁过程进行空间仿真分析。按照实际工况荷载,考虑预应力空间效应,施加等效节点力,并合理考虑支座等细部建模,建立精密的三维实体有限元仿真模型。混凝土的材料特性按现行公路桥梁设计规范取值,考虑最不利计算荷载,支座底部按刚性单元模拟,而与梁相接触层的弹性模量满足梁端回转变形时不出现拉应力,在结构离散时尽可能细分单元网格,由于梁端的应力相对复杂,采用比跨中更密的单元网格。计算承重箱梁整体变形和空间应力分布特性,结果为,由于载荷位置在支座附近,变形相对较小,最大挠度在反拱位移之内。支座截面的最大主拉应力发生在底板上表面侧,超过混凝土的开裂强度,因此,对该区域的混凝土应采取加劲处理,以防止混凝土拉裂;最大主压应力发生在架桥机肢腿处附近,小于混凝土的抗压强度。     

钢筋混凝土T梁斜截面抗剪性能试验研究

重载铁路部分32 m预应力混凝土T梁腹板斜向开裂现象日渐突出。为了深入探究铁路典型T梁斜截面抗剪性能，设计制备了1片跨度5.0 m的钢筋混凝土模型梁，通过静载试验研究混凝土抗裂性能和斜截面开裂后梁体的力学性能。结果表明：不考虑塑性系数时纯弯段混凝土弯曲抗拉强度大于轴心抗拉强度，腹板斜截面混凝土抗拉强度与混凝土轴心抗拉强度接近；不考虑塑性影响的剪弯段混凝土弯曲抗拉强度略低于轴拉强度；模型梁斜截面开裂后，在外荷载作用下斜裂缝宽度变化沿梁高方向的分布无明显规律。当荷载达到剪压破坏抗剪承载力理论值时，箍筋屈服，梁体未发生剪压破坏。经过3次循环静载作用后，梁体纵筋未屈服，纯弯段上缘混凝土仍处于正常工作状态。     

预应力混凝土梁正截面疲劳抗裂性

本文根据预应力混凝土梁在等幅重复荷载作用下正截面疲劳抗裂试验的结果和国内外既有研究成果，提出了预应力混凝土梁在等幅重复荷载作用下正截面疲劳抗裂Ｓ－Ｎ曲线；讨论了区分Ａ类，Ｂ类部分预应力混凝土铁路梁的混凝土拉应力值。