平钢板-UHPC组合桥面板纵向抗负弯性能试验研究

某大桥次边跨及中跨主梁为钢-UHPC组合梁,钢-UHPC组合梁的桥面板首次采用一种通过PBL剪力键将8 mm平钢板与15 cm的UHPC层连接起来的新型组合桥面体系。为了探究该桥新型钢-UHPC组合桥面板抗负弯矩性能与安全性,完成了2块足尺模型的静力性能试验,进行了桥梁整体受力和桥面板局部受力计算,以及桥面板抗负弯矩极限承载力构成分析。结果表明:UHPC名义开裂强度达8.90 MPa以上,其值远大于实桥荷载作用下UHPC层上缘的纵桥向最大拉应力,组合桥面板负弯矩抗裂性能良好,能满足工程需求;组合桥面板抗负弯承载力的计算,UHPC受拉本构宜采用三折线模型,抗负弯承载力简化计算的UHPC受拉区等效均布应力折减系数可取0.76,抗负弯承载力状态的受压钢板受力仍处于线弹性阶段,抗负弯破坏模式与抗正弯明显不同,为受拉钢筋拉断;PBL剪力键能保证了钢板与UHPC板整体共同受力;组合桥面板在负弯矩作用下的延性良好,裂宽增长缓慢,UHPC的名义极限强度达名义开裂强度的4.1倍以上,到达极限荷载后,组合板承载力没有明显下降。

极端湿热环境对CFRP/钢界面性能的影响

为掌握极端湿热环境下CFRP/钢界面性能的退化机理,用Sika-30胶黏剂制作了12个CFRP/钢双搭接试件,并在70℃的模拟海水中浸泡不同时间后进行拉伸剪切试验.结果表明:CFRP/钢双搭接试件的破坏模式受浸泡时长的影响较小;CFRP/钢界面平均抗剪强度随浸泡时长呈先上升后下降趋势;浸泡90 d后,CFRP/钢界面平均抗剪强度较未浸泡试件下降了35.6%.

钢箱拱桥斜拉扣挂施工法拆索工序研究

斜拉扣挂体系钢箱拱桥拱肋合龙后需进行拆索工作,拆索时桥梁各构件均会产生应力变化从而影响结构安全性。为探究钢箱拱桥合理的拆索顺序及拆索时可能出现的极限不对称状态,以车田江大桥为实际工程背景,建立有限元模型,分别模拟四种拆索方案对拱肋应力及位移的影响。发现当从拱顶向拱脚依次拆索时,扣索索力的增幅最小;相反,若从拱脚向拱顶依次拆索,则会导致拱肋的竖向位移和应力极值达到最大。因此,从拱顶向拱脚依次拆索的方案最符合实际施工需求。采用Midas/Civil软件对几种极限不对称拆索状态进行模拟,结果表明:扣索、背索的拆除应尽量同步进行,以确保结构稳定。同时,两岸的拆索进度差异以及左右两幅的拆索进度差异都应控制在1束索以内,以减小对桥梁结构的不利影响。

含粗骨料超高性能混凝土静态稳定性研究

为改善含粗骨料超高性能混凝土(CA-UHPC)整体静态稳定性,采用图像技术分别研究了拌合物(未加纤维)流变参数、粗骨料掺量和粗骨料级配对不含纤维和含纤维CA-UHPC静态稳定性的影响规律。结果表明:粗骨料整体均匀性随粗骨料平均初始净距的减小而升高;当拌合物的屈服应力和塑性粘度较小时,纤维分布的均匀性会因纤维沉降而降低;纤维的加入降低了粗骨料的整体均匀性,同时粗骨料也会影响纤维的整体均匀性;对CA-UHPC体系而言,粗骨料平均初始净距的减小可以增加粗骨料分布稳定性,但过小的粗骨料平均初始净距会影响纤维的分布。因此,在粗骨料掺量一定时,可以通过适当调整粗骨料级配或砂率,在不影响粗骨料分布稳定性的前提下,提高纤维分布系数。

悬索桥索鞍位置的分离计算法

关于索鞍位置计算,已有的计算方法较为繁琐或仅适用于单圆曲线索鞍,针对这种情况,将单圆曲线索鞍位置计算的分离计算法推广到复合圆曲线索鞍位置的计算中,从力学关系和几何关系出发推导得到了复合圆曲线索鞍位置计算的解析公式和由解析公式求解的牛顿-拉斐森迭代算法。改进约束条件,给出合理的迭代初值计算公式,确保了索鞍位置迭代计算快速收敛于真实解。归纳提出了理论顶点的顺延悬链线交点定义法和切线交点定义法的概念,探讨了两种定义法所得的索鞍位置计算公式或计算结果之间的必然联系。算例表明:该精确方法正确可行,近似方法也具有较高的精度,可供悬索桥施工、设计人员参考。

黄河桃花峪自锚式悬索桥体系转换方案的比较研究

结合世界最大跨度自锚式悬索桥黄河桃花峪大桥的工程实例,针对平面主缆双塔三跨自锚式悬索桥缆索体系各阶段的几何和力学特点,明确该桥型吊索张拉有"先边后中"、"边中共进"2类和每类6种的吊杆张拉思路,分析空缆状态及各种方案转换过程缆索系统的几何与力学特点、"多轮循环法"与"逐步推进法"的施工特点,指明体系转换方案择优的方向。在此基础上,确定并比较"先边后中"的方案2、"边中共进"的方案1和"边中共进"的方案2,明确"先边后中"的方案2和"边中共进"的方案1是黄河桃花峪大桥较优的体系转换方案,且各有特点和优势。继而给出其中之一的体系转换优选典型方案——"先边后中"的方案2的关键计算结果,证明该方案的可行性、安全性、经济性和可控性。体系转换的结构效应实测值与理论值吻合良好,表明了体系转换方案确定与论证的正确性,以及体系转换方案实施的高质量。

平胜大桥体系转换施工控制的关键技术

针对自锚式悬索桥体系转换施工期的受力和变形特点,系统地总结和提出吊索张拉方案(含鞍座顶推)确定的六原则。以此原则为基础,探讨平胜大桥(世界上第一座独塔自锚式悬索桥)吊索张拉的可能方案,给出推荐方案。针对自锚式悬索桥吊索张拉方案中各施工步实施及其控制的共性问题,讨论吊索张拉方案中各施工步的实施控制原则和实施方法,给出建议。平胜大桥按推荐方案、建议的施工步实施控制原则和实施方法进行吊索张拉和鞍座顶推施工和控制,高效、高精度地达到了预期目标。

基于人工神经网络的混凝土大跨度桥梁主梁参数实时估计

确定混凝土桥梁施工控制中参数估计的类别 ,选用人工神经网络的三层前馈性网络 ,改进BP算法 ,通过对混凝土大跨度桥梁主梁物性参数实时估计要素的研究 ,得到了统一的求解程序 ,解决了混凝土大跨度桥梁施工控制中主梁参数实时识别的问题。在此基础上 ,提出了混凝土大跨度桥梁施工质量新的评价指标。

钢箱梁横隔板疲劳裂纹特征与实桥试验的轮载应力

弧形切口处横隔板母材开裂是正交异性桥面板钢箱梁常见的疲劳病害。因研究方法的局限性,对其疲劳机理尚缺乏公认的认识。对此,考察并给出了两个背景工程的横隔板疲劳裂纹特征;针对无裂纹横隔板,进行了现场多种纵横向移动布载工况的轮载试验及相应的FEA计算,给出了结果及其规律。研究表明:(1)横隔板母材开裂常出现在远离U肋的上起弧点附近;开裂后,裂纹两侧的横隔板常有平面外的错动;(2)远离U肋的上起弧点附近横隔板的轮载应力始终为压应力,且应力绝对值最大;与U肋交界附近横隔板的轮载应力始终为拉应力,应力值次之;(3)横隔板平面外弯曲变形引起的应力相对膜应力很小,特别是弧形切口周边的潜在起裂处,两表面应力差几乎为0;(4)横隔板母材起裂处的压应力方向与裂纹方向几乎垂直;(5)顶板厚16mm、U肋厚10mm的背景工程,紧邻横隔板的U肋轮载应力不超过22MPa,应力幅小,几乎无疲劳开裂风险;(6)弧形切口周边轮载应力的最不利纵向加载位置为纵向距该横隔板约1倍的U肋间距;稍远处轮载应力的最不利纵向加载位置为其正上方。

悬索桥主缆系统数值解析法计算的一种收敛算法

从理论上证明了索段状态方程存在无解的情形,提出了在设计基准温度下成桥状态主缆系统数值解析法求解的迭代计算中存在收敛路径寻找的问题。针对已有数值解析法可能得不到解的缺陷,引入搜索算法和惩罚因子,对其进行改进,给出了惩罚因子的合理取值公式和改进后数值解析法的迭代步骤,确保了各种荷载情况的设计基准温度成桥状态主缆系统计算的快速高精度收敛。给出了数值解析法改进前不能收敛而按该方法改进后能收敛的算例。

体外预应力混凝土梁有限元分析

建立了体外预应力结点无粘结和完全粘结的有限元计算模型,该模型将体外预应力束单元结点与梁单元结点相关联,便于分析在外荷载作用下体外预应力束的内力增量;文中还给出了一个算例。

节段施工桥梁的徐变变形及内力重分布研究

以佛开九江大桥和太平大桥为工程背景 ,提出了配筋构件徐变导致的变形及内力重分布计算的极限平衡法思想 ,并结合杆系结构徐变作用的初应变法及有限元理论 ,分析这类结构从开始建造到合拢以后几年内徐变变形和内力变化规律。

固化剂对室温胶黏CFRP板/钢板界面性能的影响

基于自研的纳米SiO_(2)环氧树脂胶黏剂配比,制作了室温固化的21个胶黏剂拉伸试件、20个碳纤维增强复合材料(CFRP)板/钢板双搭接接头试件,进行了胶黏剂拉伸力学指标及搭接试件承载能力、有效黏结长度、传力模式和黏结滑移本构等试验研究,得到了固化剂种类及掺量对搭接试件界面黏结性能的影响规律.结果表明:固化剂种类和掺量不同的7种胶黏剂的拉伸强度依次为GY34(基于缩氨105和聚醚氨D230按质量比1∶2复配的胶黏剂)>GY35(基于聚醚氨D230的胶黏剂)>GY31(基于缩氨105的胶黏剂)>GY2(基于改进酚醛胺GR07的胶黏剂)>GY33(缩氨105和聚醚氨D230按质量比1∶1复配的胶黏剂)>GY1(基于芳香氨BD11的胶黏剂)>GY32(基于缩氨105和聚醚氨D230按质量比2∶1复配的胶黏剂);搭接试件的抗剪承载力依次为GY34-S>GY31-S>GY35-S>GY2-S>GY33-S>GY1-S>GY32-S;GY31-S、GY35-S、GY34-S的破坏模式为CFRP板层离,其界面胶层黏结强度大于CFRP板内层间剪切强度;各CFRP板/钢板搭接接头有效黏结长度为50~80 mm;4种采用单一固化剂粘接的搭接试件的黏结滑移曲线均为双线性三角形模型;采用GY34粘接的搭接试件的黏结滑移曲线为三线性直角梯形,界面韧性能得到提升.

平胜大桥斜交顶推中临时墩的受力分析

结合平胜大桥-自锚式悬索桥加劲梁架设中临时墩的受力分析,阐述了斜交顶推中临时墩的受力特点及变化规律,对斜交顶推施工的其他桥梁具有一定的借鉴意义。

钢箱梁横隔板-U肋交接处割焊残余应力分析

为研究钢箱梁正交异性桥面板横隔板与U肋交接处的残余应力分布规律,采用Abaqus有限元软件模拟横隔板的热切割和焊接过程,分析横隔板与U肋交接处热残余应力的分布特征,探讨切割速度和焊接速度对横隔板弧形切口处残余应力的影响。结果表明:横隔板弧形切口处产生切向残余拉应力,其值超过钢材屈服强度;焊接在横隔板与U肋焊接区局部范围引起沿焊缝方向的残余拉应力,且焊缝尾端的应力集中更为明显;弧形切口残余应力区宽度随切割速度的增加而减小,残余拉应力随焊接速度的增加而增大;选用较快的横隔板切割速度和较慢的焊接速度可减小弧形切口处残余应力分布宽度和应力值。

嘉绍大桥斜拉桥边跨钢箱梁架设方法及支架的受力分析

为适应多塔斜拉桥连续钢箱梁架设精度的高要求,施工方研究提出了支架上拼装边跨钢箱梁的架设方法。该文在介绍该架设方法的基础上,对其支架建立有限元模型,考虑边跨钢箱梁施工全过程,参照现行的桥梁设计规范,确定相关参数、工况和计算荷载,对边跨钢箱梁钢结构支架进行强度及稳定性分析。计算结果表明:嘉绍大桥斜拉桥边跨钢箱梁支架各构件应力和整体稳定性均满足规范要求,支架结构形式和构件截面尺寸设计合理。

移动模架施工的PC箱梁悬臂段空间应力分析

为了分析移动模架施工的PC连续箱梁悬臂端底板裂缝产生的原因及其影响因素,以在建某大桥(4×55m四跨一联PC连续箱梁桥)为工程背景,采用通用有限元软件ABAQUS建立悬臂段预应力混凝土箱梁空间有限元模型,对各荷载作用下的结构空间应力进行分析,并对底板横向应力影响参数进行了敏感性分析。结果表明:底板混凝土开裂的主要原因为箱梁悬臂段集中张拉纵向预应力引起的较大横向应力;底板厚度和底板预应力横向位置对悬臂端底板横向应力影响显著;混凝土泊松比仅对预应力锚点附近的横向应力影响较大;底板锚点力仅对底板中部横向应力的影响较大。建议通过优化纵向预应力布置、局部增加悬臂段底板厚度等措施,以减小底板横向应力。

双塔单跨混合梁自锚式悬索桥缆梁同步施工方案

针对双塔单跨混合梁自锚式悬索桥传统上"先缆后梁"总体架设方法修建临时锚固体系造价高、工期长,且由临时锚固体系转换到永久锚固体系过程中工序复杂及"先梁后缆"总体架设方法工期长、成本高、风险大的弊端和不足,以株洲枫溪大桥为工程背景,提出"缆梁同步"施工方案。分析了不同跨径、垂跨比下锚固处空缆水平力的大小,计算了单墩所能抵抗最大不平衡水平力的量值,确定了该施工方案的可行范围。研究结果表明:(1)锚固处空缆水平力随跨径的增大而增大,随垂跨比的增大而减小。(2)跨径100~300m、垂跨比1/6.0~1/4.0、锚固处空缆水平力在2 900kN以内;跨径100~300m、垂跨比1/8.0~1/6.0以及跨径300~450m、垂跨比1/6.0~1/4.0时,锚固处空缆水平力在6 400kN以内;跨径300~450m、垂跨比1/8.0~1/6.0时,锚固处空缆水平力都在6 400kN以上,最大值超过10 000kN。(3)该不平衡水平力由锚固处以下边墩承受,跨径100~300m、垂跨比1/6.0~1/4.0的该类桥梁可实施该方案。(4)墩顶适量配重,或边墩受拉区配置一定预应力筋,或在设计阶段增大边墩截面或惯性矩,能使该方案在墩高更高、跨径更大而垂跨比更小的该类桥梁中实施。该成果在依托工程中的应用效果良好。

顶推钢箱梁的梁段制造构形与无应力线形实现

针对钢箱梁制造构形确定已有的"矩形法"存在梁段间上下焊缝宽度不一致、"带直角梯形法"存在邻边不等(梁高相等)或梁高不等(邻边长度相等)的不足或缺陷,通过理论分析与数值计算,研究了这些不足或缺陷的影响及这两种方法的适用范围,提出了新的"等高等邻边梯形法"。针对已有的相位变换法以控制点高程为基本变量,采用普通公式表示,编程略显复杂的不足,提出了以梁段两端高差为基本量、采用传递矩阵形式表示的就位标高确定方法。研究结果表明:(1)"带直角梯形法"适应性远大于"矩形法"。对梁高3.5 m的梁段,"以短直代曲"的拼转角超过0.082度时,"矩形法"确定的制造构形相邻梁段间上下焊缝宽度差超容许的5 mm;拼转角超过1.937度时,"带直角梯形法"确定的梁高差或者邻边差超容许的2 mm,均不再合适。(2)"等高等邻边梯形法"对任意梁高、任意转角梁体各梁段制造构形确定均可以使用。不仅适用顶推,而且适用大节段吊装、悬臂拼装等原位拼装的桥梁。(3)以梁段两端高差为基本变量,以传递矩阵形式表示的待拼梁段就位高程确定方法,拓展了相位变换法的表达形式,编程进一步简化,更直观实用。成果在依托工程中应用,顶推施工过程顺利,并取得了良好的实际效果。

水胶比对超高性能混凝土施工与力学性能的影响

兼顾优异施工及力学性能超高性能混凝土(UHPC)研制的重点之一是确定合适的水胶比。为此,以150 MPa级UHPC的原材料和配合比均不变(除用水量外)为前提,研究水胶比(0.15~0.2)对UHPC施工与力学性能的影响规律。通过相关试验得到了UHPC不同湿拌时间的扩展度、充分湿拌时间、静停一段时间的扩展度、抗压、抗折强度、四点弯曲应力挠度曲线、四点弯曲出现可视裂纹时下缘等效拉应力;对抗压、抗折强度进行了变异性分析;利用应力挠度曲线,基于规范法得到了弯曲韧性指标,并提出了其改进方法。结果表明:UHPC达最佳扩展度所需湿拌时间(充分湿拌时间)为6 min;水胶比由0.16增至0.19时UHPC扩展度基本呈线性增长,水胶比每增加0.01,UHPC扩展度平均增幅为109 mm;当水胶比、静停时间分别为0.19、4 h时,扩展度损失40 mm,损失率仅5.9%;UHPC抗压强度、抗折强度及弯曲韧性指标随水胶比的增大皆呈先增后减趋势,当水胶比分别为0.18、0.16和0.16时达到最优;应力峰值前的应力挠度曲线并不是典型全凸形曲线;可视初裂抗折强度约为抗折强度的0.85倍;UHPC试件的弯曲韧性较好,宜采用可视初裂挠度作为初始变形参考进行韧性指标计算;为保证UHPC兼顾良好施工与力学性能,建议湿拌时间、水胶比分别为6 min、0.18或0.185。