集群桩基大型承台承载性能模型试验研究

进行桩基承台设计的基本前提是明确承台的受力特点.为进一步研究大型桥梁工程中常见的大型集群桩基承台的受力机理和破坏模式,通过对两个比例为1:10的16桩厚承台模型试验和数据分析,揭示出多排多列桩情况下的厚承台受力特点和破坏模式,通过试验验证了16桩承台同样符合空间桁架模型的受力特点,承台底部钢筋尽量布置在桩顶范围内有利于提高承台的极限承载能力,为建立在复杂荷载作用下承台统一的内力计算方法提供试验依据.     

锥形面空间拉压杆模型理论在转体桥梁承台设计中的应用

锥形面空间拉压杆模型是在空间拉压杆模型的基础上,针对转体施工桥梁承台的受力特点,将复杂的空间拉压杆模型进一步分解为几个简单锥形面空间拉压杆模型。根据承台与桩的刚度系数,建立锥面间荷载分配比例关系,求得各桩桩顶反力,进而求得拉压杆的内力。文中结合工程实例,对转体施工桥梁承台进行受力分析。计算及工程实践表明,锥形面空间拉压杆模型计算理论构形简单,计算简便,符合水平转体施工桥梁承台的受力特点。     

拉压杆理论在钢筋混凝土结构设计中的应用

在调研分析、介绍拉压杆基本理论的基础上,着重阐述了拉压杆理论的研究成果及其在混凝土结构设计中应用需要注意的一些事项.拉压杆理论的设计思想是直接依据有限元程序分析得到的结构内部应力分布图及应力曲线图,分析出整个结构内部的“力流”,将同一方向上主要承受压应力的混凝土区用压杆模拟,而主要承受拉应力的区域用拉杆模拟,交汇区以结点模拟,建立一个替代原结构拉控压杆模型.     

短悬臂盖梁柔性拉压杆模型分析研究

《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）基于应力扰动区（D区）刚性拉压杆模型给出了短悬臂盖梁承载能力极限状态的计算方法,但对于正常使用极限状态抗裂验算未进行规定。如果按刚性拉压杆模型进行抗裂验算,则拉杆钢筋的应力往往偏大,配筋将过于保守。实际上拉杆和压杆刚度相差较大,按有限变位的柔性拉压杆模型推导了拉杆拉力的计算公式,并结合工程实例采取有限元实体模型进行验证,结果表明柔性拉压杆模型计算结果精度更高,与有限元分析结果更吻合,相关结论可供类似工程参考。     

空间圆管桁架混凝土组合梁受力性能试验研究

空间圆管桁架混凝土组合结构是一种新型组合结构,为了解其受力特点、破坏机理、变形能力、管桁架杆件的内力分布规律及界面相对滑移等,设计制作了2根弦杆未填充混凝土的不同混凝土翼板厚度的空间圆管桁架混凝土组合梁模型试件,采用三分点对称加载,对其进行受力性能试验研究。研究表明,在对称荷载作用下,组合梁的破坏形式为弯曲破坏,同时伴随有受拉腹杆节点焊缝的强度破坏;空间圆管桁架组合梁具有良好的承载能力和变形能力,相同荷载下,混凝土板厚的组合梁的承载能力高于板薄的组合梁;组合梁破坏时,其跨中挠度约为跨径的1/200;不考虑界面相对滑移的情况下,截面应变满足平截面假定;加载前期,支点截面界面相对滑移量大于 L/8截面,而加载后期,L/8截面界面相对滑移量大于支点截面;腹杆为非轴心受拉或受压杆件,且跨中位置腹杆的轴力较小,梁端位置腹杆的轴力较大。     

索塔锚固区拓扑优化拉压杆模型及预应力构造分析

针对混凝土索塔锚固区承载力准确计算及预应力设计难题,提出拓扑优化拉压杆模型,以龙川枫树坝大桥为背景,采用变密度拓扑优化法构建索塔锚固区拉压杆模型,分析索塔锚固区压杆和节点的承载力、计算环向预应力需求数量,建立索塔锚固区节段有限元模型进行预应力构造优化分析,确定预应力沿高度方向布置方式、预应力盲区设计及预应力配置数量,并对优化后的模型进行应力验算。结果表明:分散布束较集中布束产生的锚固区主拉应力更小;在导管处预应力盲区增加短束可均匀提高塔侧壁的预压应力;受材料泊松效应影响,索塔锚固区预应力钢筋必须适量配置;按提出的拉压杆模型及构造优化方式布置预应力钢束可较好满足索塔锚固区受力要求。     

斜独塔斜拉桥关键节点空间有限元受力分析

某斜独塔斜拉桥为塔、墩、梁固结体系,其中主桥塔梁墩固区、索塔锚固区、索梁锚固区为关键构造节点.为确保这些节点结构设计的安全可靠,采用有限元方法建立空间实体模型,分析了各节点的空间应力分布情况.分析结果表明:各节点的最大拉、压应力均不超过混凝土的抗拉、压设计标准值,总体受力满足要求;但局部应力集中现象严重,索梁锚固节段拉...     

哑铃形承台无辅助桩分区施工技术

平潭海峡公铁两用大桥3座通航孔桥斜拉桥的6个桥塔墩均采用哑铃形承台,桩基直径大,桩间距大,系梁跨度最大达30m,且系梁区无钻孔桩,桥址处海洋环境恶劣、地质条件复杂。根据该桥承台结构特点,为解决恶劣海况及复杂地质条件下施工难题,哑铃形承台采用无辅助桩分区施工技术,取消系梁区封底混凝土和辅助钻孔桩,设置系梁桁架和单壁隔舱,将围堰(侧板利用主体防撞箱结构)分为2个单圆区和1个系梁区,进行围堰内分步抽水、承台分区施工。施工过程中,系梁桁架区系梁底板与围堰防撞箱间不焊接,通过涂抹遇水膨胀的密封胶止水,系梁底板与两侧封底混凝土间设置伸缩板止水;系梁区浮力通过系梁桁架传递至已浇筑承台;系梁桁架两侧吊挂于已浇筑承台,将系梁区承台混凝土荷载通过系梁桁架传递至已浇筑承台。     

软土地区铁路桥大直径群桩基础的大型厚承台设计实践

针对软土地区铁路桥大直径超长群桩基础,以甬江铁路桥为背景,采用有限元数值分析(三维实体模型)、撑杆-系杆体系、梁式体系3种计算方法对超大桩头力、不等长桩的铁路桥梁大型厚承台进行计算。结果表明,不等长桩的大型厚承台在强大荷载作用下,基础位移及基础变位所致塔顶位移均不显著,而承台底面主拉应力较大,需作配筋设计和验算。     

钢—混凝土连续组合桁梁桥受力性能优化

为有效改善钢-混凝土连续组合桁梁桥负弯矩区受力性能,以天津海河吉兆桥为例,总结连续组合桁梁桥的主要设计难点,并对传统的解决方案进行评述,在此基础上提出综合采用部分组合技术、双重组合技术以及优化施工工序3项措施对吉兆桥进行优化设计.采用MIDASCivil软件建立吉兆桥边上1榀组合桁架有限元模型,进行施工全过程分析,检验3项优化措施的有效性.对比分析结果表明,采用此3项技术措施可使混凝土桥面板在荷载短期效应组合下始终受压,下弦杆钢板最大压应力相比不灌混凝土方案降低了约25％.可见,合理采用此3项技术措施可显著降低钢-混凝土连续桁梁桥负弯矩区混凝土桥面板的拉应力和下弦杆钢板的压应力,从而有效避免混凝土桥面板开裂,改善下弦杆的稳定性.     

钢套箱封底混凝土与钢管桩间的握裹力分析

承台施工时,钢套箱浇筑封底混凝土,与钢管桩粘结在一起,二者之间的握裹效果决定了承台施工的成败。采用AN SY S中的子模型技术建立了握裹力模型,验算了各种工况下的握裹力,结果表明:封底混凝土1.0 m厚时,可以满足承台一次性浇筑要求;仅有粘结应力作用时,可以保证二者间的有效结合;在桩周增设环形钢筋网片和剪力键后,握裹效果会要好。     

公路隧道沥青路面结构的力学性能研究

应用三维有限元方法,对双轮垂直荷载和由于车辆加减速引起的水平荷载共同作用下沥青层应力响应进行分析,并对不同双轮重、不同沥青层和基层的模量厚度以及各结构层间不同接触状态下沥青层应力曲线响应进行了探讨分析。结果表明,荷载轮底下沥青层内部基本处于受压状态,荷载轮隙中间表面存在较大的拉应力,并在荷载接触面边缘有较大的剪应力。确定出合理的沥青层厚度为14 cm,加强结构层之间的粘结可以有效地控制沥青层底面的裂缝。根据不同的基岩强度设置相应的基层类型和基层厚度以及改善沥青混凝土质量也是公路隧道沥青路面结构设计时应考虑的问题。     

海上承台施工技术

以杭州湾跨海大桥Ⅳ合同工程为背景,从承台的钢套箱设计、钢套箱封底、承台钢筋混凝土,以及混凝土养护和温控等方面的施工,介绍海上承台施工的关键技术。     

深水裸岩高桩承台钢吊箱设计与施工

钢吊箱围堰施工方法是深水承台施工中的一种主要施工方法。钢吊箱作为深水承台施工的主要构件,其设计的合理与否关系到整个桥梁的施工质量。以柳州市三门江大桥高桩承台施工为例,介绍拉压柱式钢吊箱围堰的设计与施工,重点介绍钢吊箱围堰的设计方案、工作原理、施工工艺及施工要点等技术细节,同时对钢吊箱围堰施工中的注意事项进行了阐述。工程实践表明,该钢吊箱设计合理,能满足工程的需要,对同类承台施工有一定的借鉴意义。     

承台大体积混凝土水化热分析与施工控制

结合援孟加拉国中孟友谊六桥主桥承台设计与施工,利用Midas/Civil有限元计算分析软件对承台大体积混凝土水化热进行仿真分析,掌握水化热变化规律及其应力影响,据此指导现场施工控制。结果表明:仿真分析很好地反映了水化热变化规律及其应力影响,混凝土质量优良,没有出现温度裂缝,可供类似大体积混凝土设计与施工借鉴。     

体外预应力桥梁锚固块构造分析及拉压杆模型法配筋研究

采用3种有限元分析模型进行体外预应力桥梁锚固块的应力分析,分别考虑角钢、钢垫板、体外预应力钢管,钢筋网和分布钢筋对锚固块的影响,并对3种有限元模型计算结果进行分析对比。另外,对单孔锚固的T梁锚固块直接利用美国ACI-318-05混凝土结构规范中的拉压杆模型进行配筋设计;对多孔锚固的箱梁锚固块,忽略横向应力和竖向应力的相互影响,利用弹性应力法建立箱梁锚固块的横向和竖向配筋的拉压杆模型进行配筋设计。研究结果表明,在体外预应力锚固块与主梁相接部位中设置角钢有效地降低了这一位置由于大吨位张拉力引起的应力集中;设置了钢垫板、角钢、体外预应力钢管以及锚固区钢筋网和分布钢筋后,锚固区是安全的。因此,运用拉压杆模型法对体外预应力锚固块的配筋设计是合理可行的。     

预制超高性能混凝土π形梁桥的设计与初步试验

为解决传统混凝土简支梁桥接缝多、易开裂、耐久性低等问题,提出一种新型预制超高性能混凝土（UHPC）π形梁桥结构。研究了超高性能混凝土π形梁桥的主梁形式,并与相同30 m跨径传统混凝土T形梁桥进行了对比,结果表明其自重仅为传统混凝土T形梁桥的47%。参考材料试验结果,取设计用UHPC受压本构关系为线弹性,受拉本构关系为理想弹塑性,并根据法国超高性能纤维配筋混凝土（UHPFRC）结构规范对π形梁进行承载能力极限状态及正常使用极限状态下的配筋设计。为探究超高性能混凝土π形梁的抗剪及抗弯性能,对2根1：2截面缩尺梁模型进行试验研究及非线性有限元分析。结果表明：超高性能混凝土π形梁桥的初裂应力及承载能力均满足工程要求;纵向配筋率的提高能够显著提高梁底纵向开裂应变,限制裂缝开展;按法国规范计算相应荷载下的裂缝宽度值大于试验测量值,理论计算偏安全;试验值与模拟值吻合较好,验证了ABAQUS损伤塑性模型中所取材料参数的准确性和适用性;受拉塑性参数中的极限拉应力对于模拟结果影响较大,需根据试验获得准确数值。     

正交异性钢板-薄层RPC组合桥面基本性能研究

为了解决正交异性钢桥面铺装层破损及钢桥面结构疲劳开裂2类病害问题,提出了一种新型正交异性钢板-薄层超高性能活性粉末混凝土（RPC）组合桥面结构体系。基于某大桥建立有限元模型,并对比计算了纯钢梁和组合桥面结构中桥梁主缆索力和桥面系应力状态;同时,开展了足尺条带模型静载试验。研究结果表明：采用新型钢-RPC组合桥面结构后,钢面板及纵肋中应力明显降低且最大降幅超过70%,而主缆索力几乎不增加;RPC层开裂前的拉应力可达42.7MPa,远高于其在实桥荷载作用下10.08MPa的拉应力;该新型钢-RPC组合桥面结构可提高桥面系的刚度,降低钢桥面结构中的应力,从而能够基本消除钢桥面疲劳开裂的风险。     

全预制轻型预应力UHPC薄壁盖梁抗剪性能试验

为解决桥梁装配式施工中传统混凝土盖梁自重过大、整体吊装困难的难题,提出全预制轻型部分预应力超高性能混凝土（Ultra-high-performance Concrete,UHPC）薄壁盖梁的设计方案。为研究UHPC薄壁盖梁的斜截面抗裂性能及抗剪承载力,完成1根相似比1：2的大比例UHPC薄壁盖梁共2次模型试验,获得模型从加载到破坏全过程的开裂和破坏荷载、裂缝和变形分布规律等关键试验结果;分析梁体应变、预应力、裂缝的分布规律,考虑UHPC的应变硬化特征,基于材料力学公式提出斜截面开裂剪力的理论计算方法,考虑UHPC结构裂缝分布和结构形状系数等,提出斜裂缝宽度的计算公式。按照不同规范对UHPC盖梁抗剪承载力进行计算对比,以法国UHPC规范为基础,对比分析UHPC基体、箍筋、钢纤维及纵筋销栓作用对结构抗剪承载能力的影响程度。研究结果表明：计算结果与模型的开裂剪力以及裂缝宽度吻合良好;各国规范均低估了UHPC结构的抗剪承载能力;提出的UHPC盖梁具有自重轻、施工快捷等特点,充分利用了UHPC的超高抗拉性能和应变硬化特征,具有优异的斜截面抗裂性能以及抗剪性能;建议取消弯起钢筋、适当增加预应力筋,浇筑UHPC时应增设抗浮措施等。研究成果可为UHPC盖梁的应用提供参考。     

整体浇筑大体积混凝土承台的温度控制分析

大体积混凝土承台整体浇筑能提高承台的整体性,但水泥的水化热反应较分层浇筑时剧烈,产生温度裂缝的概率高。文中采用有限元结构计算程序,用水化热分析模块模拟计算承台整体浇筑的过程,提出了控制混凝土内部最高温度、降低混凝土降温速率、优化边界约束等温控措施。