焊接锚垫板锚固区拉压杆模型及配筋设计

针对焊接锚垫板齿板锚固区配筋,提出了一种锚固区新型拉压杆模型。首先对齿板锚固区6种典型效应、主应力迹线以及力流平衡关系进行分析并建立新型拉压杆模型,其次通过美国国家公路与运输官员协会(American Association of State Highway and Transportation Officials,AASHTO)Load-and-resistance Factor Design Bridge Design Specifications、Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary(ACI 318-19)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)和欧洲设计建议Practical Design of Structural Concrete进行拉压杆模型参数定量化设计,根据拉压杆几何关系推导出焊接锚垫板齿板锚固区劈裂力计算式,利用有限元分析,拟合出焊接锚垫板下齿板锚固区劈裂力合力重心计算式。最后通过算例分析,按本文建议的拉压杆方法进行焊接锚垫板齿板锚固区结构配筋设计,能较好地控制锚下典型效应问题,相比《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)给出的设计方法,拉压杆模型法能较好地反映结构传力机制且具备可行性和可应用性,可为焊接锚垫板齿板锚固区配筋设计提供参考。

体外预应力UHPC无腹筋梁抗剪性能试验研究

为研究体外预应力超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)无腹筋梁的抗剪性能,设计了3片体外预应力UHPC无腹筋梁,剪跨比分别为1.44、2.56、3.67,采用四点加载的方式进行抗剪性能试验,获得了试验梁的荷载-位移关系、荷载-应变关系、破坏形态以及极限抗剪承载力。试验结果表明:体外预应力UHPC无腹筋梁的抗剪破坏方式均表现为脆性破坏,随着剪跨比的增大,试验梁破坏形态依次表现为斜压破坏、剪压破坏、剪拉破坏;剪跨比越大,斜裂缝的数量越少、倾角越小,试验梁的极限抗剪承载力越小,且减小趋势变缓。基于极限平衡法推导了体外预应力UHPC无腹筋梁的抗剪承载力计算公式,验算了14片无黏结预应力UHPC梁的抗剪承载力,该公式适用性良好。

装配式桥梁板玻璃纤维混凝土-U形钢筋湿接缝受力与变形分析

为解决装配式桥梁板体系湿接缝处力学性能不稳定、易变形的问题,提出采用玻璃纤维混凝土-U形钢筋加强方案优化湿接缝性能,以雄安新区荣乌高速荣乌主线桥为背景进行研究。选取主线桥2个试验段(试验段A湿接缝采用普通混凝土-U形钢筋方案,钢筋点焊;试验段B湿接缝采用玻璃纤维混凝土-U形钢筋加强方案,钢筋满焊)进行梁板体系湿接缝性能试验,监测湿接缝处搭接钢筋力学响应及混凝土接触面变形特征,同时对长期运载及强降雨影响下的钢筋受力与混凝土变形进行监测。结果表明:长期运载下,试验段B横筋受力约为试验段A的一半,其中部纵筋承受外力远大于试验段A,边缘纵筋承受外力较少,试验段B稳定性更优;试验段B较试验段A在湿接缝部位变形量小,其稳定性及耐久性更优;强降雨阶段,试验段B较试验段A变形及力学响应波动程度更低,其抗渗能力、耐久性更优。由此可知基于玻璃纤维混凝土-U形钢筋加强方案的湿接缝构造在外力传导、抵抗变形方面具有较强稳定性,不易受恶劣环境影响。

多跨矮塔斜拉桥超高墩合理形式比选

为研究多跨矮塔斜拉桥超高墩合理形式,以多跨矮塔斜拉桥超高墩为对象,综合对比分析超高墩结构布置形式和受力特点,按截面特性相似的原则提出双薄壁墩、单薄壁墩、组合式墩、叠合式墩四种适用于依托工程的超高墩形式。采用全桥有限元和理论方法,分析不同工况下主梁和桥墩关键截面的内力和墩顶位移、施工和成桥运营阶段的稳定性、E1地震作用下的动力及抗震性能。结果表明:四种方案均满足施工阶段和成桥运营阶段下的稳定性要求,双薄壁墩前三阶均为纵向失稳且稳定安全系数变化较小;在E1地震荷载作用下,双薄壁墩内力响应最小,但位移响应较大,单薄壁墩和叠合式墩与之相反,组合式墩则较均衡。考虑结构整体受力性能,建议多跨矮塔斜拉桥超高墩桥梁选用双薄壁墩或组合式墩。

预制拼装桥梁UHPC横向连接技术研究

以广东省湛江市湛江环城高速南三岛大桥工程为依托,设计并开展了5组基于不同钢筋搭接形式和搭接长度的普通混凝土预制小箱梁横向湿接缝纯弯试验,给出了适用于该项目的超高性能混凝土(UHPC)横向湿接缝构造方案。试验结果表明:钢筋搭接长度和搭接形式对桥面板开裂荷载影响小;搭接长度不小于6倍钢筋直径时,可为直径16 mm的U形钢筋在UHPC横向湿接缝中提供足够的锚固能力,此时湿接缝内纵向钢筋屈服后应变得到充分发展,试件破坏模式为纯弯段普通混凝土压碎的延性破坏,试件强度和延性满足实际工程需求;而湿接缝内横向钢筋的应变小于350με,其布设对提高试件承载力的作用有限。此外,基于UHPC的横向湿接缝大幅缩短了钢筋搭接长度和湿接缝宽度,有助于提升桥梁的受力性能和耐久性。

预应力混凝土构件时变预应力损失计算

较准确预测混凝土收缩徐变和预应力筋松弛引起的时变预应力损失是进行预应力混凝土结构抗裂性和变形控制的基础,预测值过高或过低均直接影响设计配筋及结构的服役性能。包括设计规范给出的现有各种时变预应力损失公式均为近似式,这些公式的表达形式并不一致,对是否考虑普通钢筋配筋等参量影响存在较大差别。同时各公式中引入的简化系数值及简化项亦不相同,且所有这些公式均不能严谨体现收缩徐变与松弛的耦合影响,因此其时变预应力损失的预测精度难以保证。根据任意时刻截面内力增量平衡和变形协调条件,运用按龄期调整的有效模量法,建立预应力混凝土受弯构件时变预应力损失统一计算方法;结合预应力筋时变应变变化特点和松弛折减系数分析模型,推导松弛折减系数求解方程,从而获得了预测时变预应力损失的实用公式。计算式全面考虑了预应力筋与普通钢筋截面配筋率、钢筋位置等各个影响因素,并能体现混凝土收缩徐变与预应力筋松弛的耦合影响。该公式的计算值、各规范公式值与长期预应力损失试验值比较表明,AASHTO规范与EN 1992-1-1规范的公式理论值比试验值大17%~24%,TB 10092—2017与JTG 3362—2018规范的公式理论值则比试验值少9%~21%,该公式的计算值与试验值差别在6%以内,说明该公式具有良好计算精度。

预应力超高性能混凝土工字形梁抗剪性能试验

为了研究预应力超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)工字形梁的抗剪性能和抗剪承载力计算方法,设计并完成了3片预应力UHPC工字形梁的单点加载试验,获得了试验梁的荷载-位移曲线、破坏模式和裂缝分布特征等关键结果;基于试验结果,结合法国UHPC规范、瑞士UHPC规范、中国公路桥梁规范及公路桥涵超高性能混凝土应用规范意见稿计算了试验梁的抗剪承载力,分析了各个规范的适用性。此外,基于修正压力场理论(modified compression filed theory,MCFT),分别采用Mohr-Coulomb准则和Rankine准则,计算了试验梁的抗剪承载力,并进行了分析讨论。研究表明:预应力UHPC工字梁的抗剪承载力随着剪跨比的增加而减小,箍筋对于抗剪承载力影响较大;各国规范对UHPC梁的抗剪承载能力的计算较为保守。采用Mohr-Coulomb准则的计算结果较Rankine准则的计算结果与试验值更为接近;特别是小剪跨比的试验梁,处于弯剪复合状态,Mohr-Coulomb准则考虑了受压区UHPC法向和切向应力的影响,更为接近实际状况。

高强预应力体系下桥梁中部齿块锚固区性能

近年来预应力技术水平不断提升,2 200 MPa级高强度的预应力体系开始应用于铁路预应力混凝土桥梁工程建造,对于梁体锚固区特别是广泛应用在连续梁结构的中部齿块锚固区的受力提出了更高要求。基于既有1 860 MPa预应力等级的中部齿块锚固区设计,提出适应2 200 MPa预应力等级的设计方案,建立典型中部齿块锚固区有限元模型,对比分析了预应力强度等级对中部齿块锚固区受力和变形各项性能的影响,并完成了足尺试验验证。研究结果表明:预应力等级从1 860 MPa提升至2 200 MPa时,采用中部齿块锚固区尺寸不变、锚垫板尺寸和普通钢筋配筋适当增加的设计方案,可保证混凝土拉压应力、普通钢筋应力、锚固区变形基本一致,且均满足相关规范要求。

铁路40 m梁裂缝缺陷对结构受力影响的试验研究

我国新建高速铁路桥梁中大量采用40 m预制混凝土简支箱梁。为研究裂缝对结构受力性能的影响,对1孔有裂缝的40 m简支梁进行静载试验。结果表明:在设计弯矩作用下,裂缝位置混凝土仍保持弹性工作状态。顶板裂缝并未对梁体受力性能造成不利影响,但会影响结构的耐久性,裂缝应进行封闭处理。简支梁由简支存梁状态转变为悬臂存梁状态后会引起梁体顶板混凝土开裂。预制箱梁施工阶段应注意观测存梁台座的沉降。

大跨径连续刚构桥钢束锚下有效预应力同束不均匀度影响因素与控制措施

连续刚构桥以其独特的结构形式在现代桥梁工程中占据了重要地位,其预应力技术的应用对于桥梁的安全性和耐久性至关重要。然而,在实际施工过程中,锚索中有效预应力不均匀度的问题时常出现,严重影响了桥梁的受力性能。为提高桥梁工程的施工质量,优化桥梁的使用性能,通过分析大跨径连续刚构桥锚下有效预应力同束不均匀度的影响因素,提出针对性的控制措施。通过对现场锚索进行反拉法试验验证,预应力同束不均匀度得到了极大的改善,确保了钢束受力的均匀性和稳定性,进一步增强了桥梁结构的安全性和耐久性。

大跨度混凝土连续刚构桥纵向预应力钢束的优化配置

预应力钢束配置不仅关系到工程造价预算,而且直接影响预应力混凝土桥梁结构的安全性和耐久性。结合某山区高速公路一座大跨度刚构梁桥,开展大跨度混凝土连续刚构桥预应力钢束优化配置研究。工程应用结果表明:在预应力钢束配置过程中,应尽量减少超长预应力钢束的设置,或将长钢束改为短钢束,可降低纵向预应力损失给结构带来的不利影响。

大跨度连续刚构桥超长预应力钢束优化设计研究

针对超长预应力钢束整体损失会导致大跨度连续刚构桥跨中出现持续下挠和腹板开裂的现象,基于合理成桥状态的优化设计思路,以减小超长钢束的摩阻损失为控制目标,提出平行交错锚固和分段锚固两种优化布置方案,将其与通长束布置形式下的主梁挠度、应力以及预应力储备能力等方面进行对比分析。结果表明:平行交错锚固和分段锚固两种方案钢束预应力储备分别提高了21.53%和20.76%,成桥阶段跨中实腹段下挠程度分别减小了14.28%和88.91%,两种优化方案均能改善结构的承载能力,但分段锚固方案较平行交错锚固方案改善效果更明显。

某在役重载铁路32 m预应力混凝土T梁后装声屏障适应性分析

随着我国货运铁路重载扩能运输的发展,大轴重、长编组引起的噪声污染日趋严重,后装声屏障已成为减小噪声污染的主要措施之一,但通过扩能改造提升的在役重载铁路桥梁原设计时并未考虑后装声屏障对桥梁结构的影响。为研究在重载铁路桥梁上后装声屏障的适应性,以在役铁路桥梁主梁型32 m简支T梁(专桥-2059A)为研究对象,采用数值模拟与结合现场实测桥梁现状分析的方法,基于不同荷载组合作用,开展T梁加装声屏障后主梁、声屏障与桥梁连接的位置及道砟槽板适应性分析,并对T梁翼缘板及声屏障结构的潜在薄弱位置进行破坏分析。研究结果表明:T梁加装声屏障后,主梁纵向强度受梁体L/8~L/4处抗剪控制,其中梁体L/8处抗剪安全系数为1.70,小于规范要求值1.80;声屏障与桥梁连接位置安全储备不足,其中,在最不利荷载组合作用下,挡砟墙钢筋应力超过容许值1.25倍、裂缝宽度超过容许值0.54 mm;道砟槽板在最不利荷载组合作用下,其钢筋应力安全储备剩余23.2%、裂缝宽度比规范容许值小0.07 mm。综合考虑3种分析,该类型T梁不宜后装声屏障;在最不利情况下,T梁及声屏障结构破坏顺序依次为预埋化学锚栓处、挡砟墙处、声屏障立柱与水平杆交接处、道砟槽板变高度处、翼缘板根部处。

基于自适应蜉蝣算法的预应力锚索二次张拉拐点预测

针对预应力二次张拉下的预应力曲线拐点识别问题,提出了一种基于自适应蜉蝣算法的拐点求解方法。首先将预应力二次张拉下的拐点识别问题转化为两阶段拟合直线与实测数据误差最小的直线方程参数寻优问题,其次通过不完全伽马函数策略提出了自适应惯性权重的蜉蝣算法,以平益高速公路项目试验梁的实测数据为依托对该优化问题进行寻优求解。研究结果表明:自适应蜉蝣算法相较于标准蜉蝣算法和粒子群算法对拐点求解问题具有更好的收敛性;基于自适应蜉蝣算法求解的两阶段直线方程与实测数据拟合精度较高,均方根误差均控制在较低水平,验证了该方法的适用性。

考虑新老混凝土界面特性的UHPC-RC箱型组合箱梁抗弯性能研究

为探究超高性能混凝土-钢筋混凝土(Ultra-High Performance Concrete-Reinforced Concrete,UHPC-RC)组合梁的抗弯性能,基于既有UHPC-RC箱型组合梁抗弯试验结果,考虑新老混凝土界面特性建立了试验梁的ABAQUS有限元模型,通过与试验值对比验证了数值模型的准确性。在基准有限元模型的基础上,通过参数敏感性分析,探究了RC预制桥面板与现浇剪力槽的混凝土性能对UHPC-RC和配筋UHPC-RC(Reinforced UHPC-RC,RUHPC-RC)箱型组合梁抗弯性能的影响。分析结果表明:采用“黏性行为”(Cohesive Behavior)能够有效模拟出预制UHPC与现浇RC界面的黏结滑移特性;桥面板混凝土强度的增加可小幅度提高UHPC-RC和配筋RUHPC-RC组合梁的抗弯承载力,而现浇剪力槽混凝土强度对梁的承载力影响较小。

关于道路桥梁工程预应力施工技术探究

道路桥梁工程中会应用到预应力工程技术,是一种通过张拉对建筑预加应力,以抵消建筑在后续使用过程中承载的压力。预应力工程技术广泛应用,但也存在诸多挑战,为保证建筑的稳定性,预应力工程技术应当得到重视。本文从预应力工程技术的各个环节入手,详细分析预应力技术的具体实施情况和未来发展方向,并综合提出一些建议,以期为预应力工程的实施提供一些参考。

流水线生产预制T梁混凝土性能试验研究

采用混凝土试块试验,按照规范对C50配合进行理论设计,做出3种水胶比,3种砂比例,进行配合比设计研究,选出一个合适的C50配合比,以确定试验梁的混凝土配合比;同时开展混凝土强度和弹性模量随温度*时间变化的曲线,确定试验梁的蒸养制度(时间、温度)和达到初张拉混凝土强度和弹性模量合理值要求时所需要的蒸养时间和温度。

桥梁施工中预应力管道摩阻损失测试与预测模型研究

本论文以预应力管道摩阻损失为研究对象,对其摩阻损失做了较为系统的试验和预测研究。通过制定科学的测试方案、获得大量实测数据、综合数据处理和分析等手段,揭示出摩阻损失受到诸多因素影响以及随着预应力的变化规律。根据试验结果构建出一种新型预应力管道摩阻损失预测模型能较好地体现摩阻损失随各影响因素变化的非线性关系以及采用优化算法对模型参数进行识别。验证结果表明,与已有模型相比,本文提出的新模型对各种工况的预测精度都有较大提高,实用性较强,精度较高。本论文的研究既为预应力管道摩阻损失预测提供一种新方法、新思路,又对预应力技术的开发与应用具有理论支撑与实践指导作用。

对称配筋偏心受压钢筋混凝土柱N_(u)-M_(u)曲线特性及数值分析

为分析截面面积、配筋率、钢筋强度、混凝土强度等参数对对称配筋偏心受压钢筋混凝土(reinforced concrete, RC)柱的极限弯矩Mu与极限轴力Nu(N_(u)-M_(u))曲线的影响,推导对称配筋偏心受压RC柱的Mu与Nu的函数关系式并绘制N_(u)-M_(u)曲线。采用软件ANSYS对RC柱进行数值分析,分析柱底截面的最大极限弯矩与最大极限轴力数值分析结果与理论计算结果的相对差。研究表明:极限轴力随截面面积、配筋率、钢筋强度、混凝土强度的增大而增大,截面面积对其影响最大,混凝土强度、配筋率对其影响较小,钢筋强度对其影响最小;最大极限轴力、最大极限弯矩的理论计算结果均大于数值分析结果;最大极限弯矩的理论计算结果与数值分析结果的相对差大于最大极限轴力,前者约为10%,后者约为5%。

基于优化神经网络的磁弹电感传感器温度补偿试验研究

磁弹电感传感器是磁弹电感法监测预应力钢绞线应力的主要设备。温度会引起监测误差,为提升监测精度,首先,分析了磁弹电感法监测应力的原理以及温度影响机理;其次,对4组不同张拉控制力的预应力钢绞线进行温度补偿试验,研究了传感器的温度敏感性,发现传感器电感漂移与变温幅度和路径相关,温度引起的相对误差最大达11.1%;最后,利用K折交叉验证方法,分别采用BP神经网络与优化后的GA-BP神经网络进行温度补偿。研究结果表明:相较于BP神经网络,GA-BP神经网络可有效修正温度误差,提升泛化能力,优化后相对误差降至3.3%。