螺旋肋GFRP筋与UHPC黏结强度试验及计算方法

为研究螺旋肋GFRP筋与UHPC黏结强度,以钢纤维掺量、保护层厚度、锚固长度及GFRP筋直径为试验参数,对60个螺旋肋GFRP筋与UHPC试件展开拉拔试验,获得了各参数对GFRP筋与UHPC黏结强度的影响规律。结果表明：GFRP筋UHPC试件的拔出破坏主要呈现直接拔出和劈裂拔出2种模式,直接拔出破坏主要出现于钢纤维掺量≥2%且保护层厚度较大的试件中;在不同参数情况下,直径18 mm及22 mm GFRP筋与UHPC黏结强度为19.6～53.7 MPa,同时黏结强度整体上随钢纤维掺量及保护层厚度的增加而增大,随锚固长度的增加而减小;当UHPC钢纤维掺量从0%增加至2%时,GFRP筋与UHPC黏结强度提高幅度达71.4%～74.1%,但钢纤维掺量由2%增加至3%时,出现黏结强度增长减缓甚至不增长现象;保护层厚度对黏结强度的增强作用存在“上限效应”,即当其小于临界保护层厚度时,黏结强度随保护层厚度增加而增长,但当其大于该临界值,增强作用显著减弱;直径18 mm、锚固长度1倍直径的GFRP筋在UHPC中的临界保护层厚度约为3倍直径。基于弹塑性力学中的厚壁圆筒理论,建立了GFRP筋与UHPC黏结...     

波形耐候钢腹板与混凝土顶板结合部横向抗弯疲劳性能研究

为了解波形耐候钢腹板组合箱梁桥中波形钢腹板-混凝土顶板结合部在横向弯矩下的疲劳性能,以飞龙大桥为背景,制作1个波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件,开展横向受弯疲劳试验。分析结合部试件的疲劳寿命、破坏形态、抗弯刚度变化情况等,并基于线性疲劳累积损伤理论,采用Eurocode 3和AASHTO规范公式评估结合部试件中相关细节的疲劳寿命。结果表明：波形耐候钢腹板-混凝土顶板结合部试件在最终疲劳破坏前经历了209.14万次的疲劳加载,可以满足结合部横向抗弯疲劳设计的要求;主要的疲劳损伤为连接波形钢腹板与钢翼缘的焊缝出现疲劳裂纹以及混凝土顶板的开裂;疲劳损伤的累积导致试件的抗弯刚度降至初始抗弯刚度的34.4%;采用Eurocode 3和AASHTO规范公式对结合部中细节进行疲劳寿命评估时,Eurocode 3规范公式计算所得的细节疲劳寿命更偏于保守。     

UHPC铰拼空心板梁桥温度效应监测研究

美国俄亥俄州索拉斯路桥为一座长19m、宽8.5m的简支梁桥,主梁由7片预制预应力混凝土空心板梁铰拼而成,铰缝内填充超高性能混凝土(UHPC)并设置横向钢筋传力杆。为了解温度对该桥的影响,监测夏季温度最高和冬季温度最低时段各构件的应变、温度、位移变化,并与卡车静载试验结果进行对比。结果表明:监测期内,空心板梁、UHPC剪力键和梁中传力杆的应变均与温度呈反向变化;空心板梁挠度、纵向位移和铰缝位移变化均较小;温度荷载对构件横向受力性能影响大于卡车静载;在温度荷载或卡车静载作用下,结构均未出现裂缝,各构件的抗拉强度、界面粘结强度均小于容许值,结构安全;建议在温度较低时进行UHPC施工,确保结构受力更安全。     

模态求解中的若干问题研究

机械结构不仅需要有良好的静态承载能力,还需要有优异的动力学性能。模态分析是结构线性动力学的分析基础,文章采用有限元法针对影响模态分析精度的预应力(螺栓预紧力和压力容器)、摩擦系数、介质(液体或者气体)、网格粗糙度进行了详细的对比分析,结果表明模态对较小的预应力以及摩擦系数更加敏感,湿模态频率比采用质量点法计算的频率模态较低,当单元尺寸较小时,模态频率变化不明显,当单元尺寸超过某一限度时,模态频率出现丢失甚至错误。     

多幅变宽连续箱梁桥逐跨拼装施工方案优化比选

南昌市洪都高架桥PM28~PM31号墩上部结构采用3×35 m多幅变宽连续梁结构,主梁预制后采用2台架桥机在墩顶0号块处同侧同步吊装、“S”形架梁方案(原方案)逐跨拼装施工。针对原方案造成结构局部应力及扭矩过大等问题,提出3种优化方案(优化方案1:“内外交错”架设;优化方案2:“先内后外”架设;优化方案3:“先外后内”架设)。为选择合理的优化方案,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,从结构受力及变形方面进行综合分析比选。结果表明:采用优化方案2施工时,各施工阶段的墩顶位移差均接近0,桥墩受力最优;PM29号墩墩顶0号块底部的压应力储备最大;主梁1-2的应力变化幅值最小,且成桥后梁底压应力储备最大。洪都高架桥后续同类桥梁均选择优化方案2施工。     

钢板组合梁桥横向U型筋湿接缝力学性能试验研究

针对传统钢板组合梁桥湿接缝焊接工程量大、安全储备较难保证等问题,提出横向U型筋湿接缝结构,研究其受力可靠性。考虑横向U型筋不同搭接形式及长度,选取并制作支座墩顶中间位置横向U型筋湿接缝试件进行静力拉伸试验、支座墩顶钢主梁位置横向U型筋湿接缝试件进行动力疲劳试验,分析试件裂缝发展、破坏形态和钢筋应力的变化规律。结果表明:静力拉伸试验下,横向U型筋湿接缝施工缝处会较早产生裂缝;横向U型筋采用焊接或增加搭接长度可减小钢筋平均应力。动力疲劳试验下,混凝土开裂会造成横向U型筋应力转移,开裂荷载附近横向U型筋应变变化较为明显,开裂后横向U型筋应力呈非线性增长。静、动力试验过程中,横向U型筋结构裂缝发展及钢筋受力均满足设计要求,力学性能较好。     

混凝土箱梁桥剪应力偏载系数简化计算方法

针对当前简化计算方法在预测箱梁桥剪应力偏载系数时存在的不足以及数值方法计算过程复杂不利于推广使用的问题,该文基于箱梁桥弯曲剪应力计算的一般方法以及薄壁杆件扭转和畸变的基本理论,通过适当的简化和等效处理,提出了适用于箱梁桥截面形式、能手算完成的剪应力偏载系数简化算法。为验证该文方法的合理性及有效性,以3座已建预应力混凝土连续箱梁桥的数值模拟结果为基准,对比了该文方法、有限元法、修正偏压法以及经验系数的适用性。研究结果表明:①该文简化方法计算结果与数值模拟结果较为一致,且计算过程简单,非常适合在桥梁设计过程中对剪应力偏载系数进行快速计算;②经验系数法和修正偏压法并不适用于剪应力偏载系数的取值计算,两种方法对于剪应力偏载系数的计算结果严重偏低,且难以考虑不同截面的差异性,在设计阶段留下了腹板主拉应力超限甚至开裂的隐患。     

节段现浇预应力混凝土宽箱梁后浇湿接缝的早龄期受力分析及开裂控制

针对节段现浇预应力混凝土箱梁后浇湿接缝在早龄期因收缩导致的开裂问题,以嘉鱼长江公路大桥为背景,通过试验测试了该桥施工阶段箱梁混凝土早龄期力学性能,得到了箱梁节段混凝土的收缩预测模型。基于此,采用有限元软件Midas/FEA建立了湿接缝及相邻节段箱梁的有限元模型,分析了湿接缝在混凝土收缩作用下的应力场,并对不同的预应力张拉方案进行了分析。结果表明:湿接缝在混凝土收缩和相邻节段约束作用下,其在混凝土浇筑后第3 d在结合面位置由收缩导致的拉应力达到了1.8 MPa,为该龄期混凝土抗拉强度的87%,因此需在此时进行预应力的张拉以降低混凝土拉应力,防止混凝土在早龄期开裂;若湿接缝按常规方案张拉预应力,湿接缝早龄期最大主拉应力均小于混凝土即时抗拉强度,但其28 d最大主拉应力为2.75 MPa,为该龄期混凝土抗拉强度的93%,存在开裂风险;在该文提出的张拉方案下,湿接缝在早龄期最大主拉应力比常规方案降低了22.2%~32%,有效保证了后浇湿接缝在早龄期的抗裂性要求。     

装配式预应力水泥混凝土道面足尺试验研究

装配式预应力水泥混凝土是一种优异的道面材料,在机场工程中具有广阔的应用前景。目前的研究主要集中在小尺寸预应力试件性能的水平上,缺少装配式预应力混凝土道面的结构性分析。文章通过开展足尺装配式预应力混凝土道面弯沉特性的试验,分析了该道面结构的弯沉特性、传荷能力及其影响因素,并得到以下结论:装配式机场预应力混凝土道面的传荷能力主要包含3个方面,首先为板与板之间的摩擦作用,其次为预应力钢绞线作为传力杆的作用,最后是企口缝的传荷作用。因此,增大预应力是提高板边传荷能力的有效措施。板角为最不利受荷位置,板中为最佳受荷位置,主要原因为板角的传荷能力弱。     

大型预应力梁式承台力学性能试验研究

在城市高架桥梁建设中,经常出现桥墩基础与地下结构相冲突的问题,大型桩基梁式承台结构可以很好地解决这一问题。梁式承台在高架桥跨地铁线工程应用中逐渐增多。以武汉市某立交桥与地铁交叉建设项目为背景,选取项目的地下预应力梁式承台为原型,设计了1∶10的预应力钢筋混凝土缩尺模型,并进行了静荷载破坏试验,同时利用有限元软件ANSYS对模型进行了数值计算。通过整理数据研究了结构的承载能力、混凝土的开裂过程及极限状态破坏模式等力学响应规律,并用有限元方法对试验过程进行了模拟,计算结果和试验数据对比吻合较好。结果表明,梁式承台拥有较大的承载力和抗变形刚度,可以满足实际工程的要求。