基于损伤因子的T形梁桥横向连接构件损伤识别

近年来,装配式T形梁桥在我国广泛应用,对桥梁易损位置横向连接构件损伤识别成为关注的热点问题.将T形梁桥的横隔梁简化成等刚度桥面板,采用弹簧体系模拟横向连接构件的受力变形,考虑横向连接构件剪力、横向力和翼缘板变形的影响,提出装配式T形梁桥横向连接构件损伤因子的理论计算式.将MATLAB理论计算、ANSYS数值模拟和实验的结果进行对比,验证损伤因子的有效性,并通过7种模拟工况和3种实际工况的对比,发现荷载作用位置越接近损伤横向连接构件,损伤识别的精确度越高.

爆炸载荷作用下钢筋混凝土预应力T梁桥毁伤模式研究

目的研究不同打击模式下钢筋混凝土预应力T梁桥的毁伤效应,为钢筋混凝土预应力T梁桥的毁伤评估及打击决策提供参考。方法通过数值仿真研究某弹药装药空中爆炸、接触爆炸和内爆炸3种打击模式下,钢筋混凝土预应力T梁桥的毁伤效应。结果不同打击模式下钢筋混凝土预应力T梁桥的毁伤模式差异较大:空中爆炸和接触爆炸桥梁主要发生桥面破孔及塑性变形;内爆炸桥梁除桥面发生层裂破碎外,T梁腹板及横隔梁也发生外凸变形、混凝土崩塌破坏等。结论半密闭空间内爆炸T梁桥的毁伤效果要优于桥面接触爆炸和空中爆炸。

型钢混凝土T形梁纯扭及弯扭性能试验研究

为研究型钢混凝土T形梁在纯扭和弯扭作用下的受力性能,以翼缘宽度、型钢含钢率、配箍率、翼缘纵筋直径及弯扭比为变化参数,设计并完成12根型钢混凝土T形梁的纯扭、弯扭静载试验。观察了试件的破坏过程,获取了试件的扭矩-扭率全过程曲线、开裂扭矩和极限扭矩等特征参数,深入分析了纯扭、弯扭作用下不同变化参数对型钢混凝土T形梁抗扭性能的影响规律,揭示了其抗扭破坏机理。结果表明:T形截面梁和矩形截面梁的破坏形态基本一致,其中钢筋混凝土梁呈现为脆性破坏,型钢混凝土梁呈现为延性破坏;T形试件翼缘、型钢和混凝土之间存在相互约束作用,翼缘和型钢大幅增强了试件的抗扭强度和延性;试件翼缘的最优高宽比为2.33;随着型钢含钢率的增大,试件的抗扭强度和延性呈增大趋势,平均提升幅度分别为30.99%、101.14%;试件的极限扭矩随着弯扭比的增大而增大,平均提高了7.86%。最后,提出了型钢混凝土T形梁的开裂扭矩和极限扭矩计算方法,所得计算结果与试验结果吻合良好。

采用T型钢连接的可拆换钢梁抗震性能试验与数值研究

提出了一种采用T型钢连接的可拆换钢梁,在地震作用下T型钢集中耗散地震能量,并在震后通过更换T型钢实现使用功能的恢复。通过合理设计T型钢连接、钢梁中间段和悬臂段的抗弯承载力关系,定义设计承载力削弱系数的取值范围,从而实现T型钢集中损伤耗能,钢梁中间段和悬臂段保持弹性的屈服机制。为了使T型钢连接件实现预期的损伤和最优的耗能效果,设计了4个腹板采用不同截面和材料的T型钢连接件,并对T型钢连接的可拆换钢梁试件进行了低周往复加载试验和有限元分析。结果表明:T型钢连接的可拆换钢梁可以实现预期的屈服机制,达到T型连接件集中耗能的目的;T型钢腹板的残余变形和螺栓应力可以满足拆换条件,拆换后结构功能不变,实现了较为理想的可更换机制。狗骨式腹板截面的T型钢连接件塑性变形更均匀,耗能区域更大,耗能效率提高约30%,拆换时间和残余变形与普通截面相差不大,建议腹板采用狗骨式截面;采用低屈服点钢材可以提高T型钢的耗能效率约40%,在设计承载力系数取值合理的情况下,T型钢腹板可以选择低屈服点钢材。最后,基于试验和有限元结果,考虑到T型钢连接件的可拆换性和钢梁材料利用率,建议设计承载力削弱系数取值为0.65~0.85。

损伤情况下装配式T梁桥的横向力学性能研究

为研究不同损伤模式对装配式T梁桥横向力学性能的影响,基于比拟正交异性板法理论计算,验证了有限元模型的可靠性;并且通过刚接梁法建立了主梁损伤的横向受力模型。针对现有装配式T梁桥可能存在的破坏形式以及破坏所处位置,建立不同损伤模型,分析了桥梁损伤后横向分布系数的变化情况。结果表明:在桥梁横隔板完好的情况下,翼缘板损伤对桥梁横向刚度影响较小,而在桥梁翼缘板完好的情况下,横隔板损伤对桥梁横向刚度影响较为显著;桥梁的横向联系损伤程度对较远桥梁影响较小。当仅有单一主梁损伤时,损伤梁的影响线竖标值减小,而周围完好梁的影响线竖标值增加,而多主梁损伤的情况下,总体趋势与单一主梁损伤相似,但破坏程度更为显著。

翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响

通过对5根不同翼缘尺寸的地聚物混凝土T形梁和1根普通混凝土T形梁进行四点弯曲试验,研究了翼缘宽度和厚度对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响,以及与普通混凝土T形梁的差异。研究结果表明:地聚物混凝土T形梁的抗弯极限荷载、屈服荷载、裂缝行为及失效模式与普通混凝土T形梁相似,且延性更优,但其跨中受拉纵筋应变较大,刚度、开裂荷载和最大裂缝宽度限值下的承载力较低。随着翼缘宽度从200 mm增大到500 mm,地聚物混凝土T形梁的刚度、屈服荷载、抗弯极限荷载、延性和在最大裂缝宽度限值下的承载力均增大,跨中受拉纵筋应变减小,开裂荷载无明显变化,但越宽的翼缘宽度能有效承担荷载的也只是靠近腹板的一部分宽度。增大翼缘厚度对地聚物混凝土T形梁抗弯性能的影响与增大翼缘宽度基本一致,但其对最大裂缝宽度限值下的承载力提高效果显著。规范GB 50010—2010和ACI 318—19的正截面受弯承载力设计公式适用地聚物混凝土T形梁,GB 50010—2010的预测更精确,ACI 318—19的安全储备更高。

3D打印连续纤维增强树脂T型梁的弯曲性能

1中国机械科学研究总院集团有限公司先进成形技术与装备国家重点实验室,北京1000482清华大学机械工程系,北京1000843南京航空航天大学机电学院,南京210016实现基梁于结熔构融的沉轻积量技化、术功的能连化续设纤计维和增制强造树。脂本3D工作打对印筋工高艺0为m梁m结与构5的m制m造的提T供型了梁一打种印新件的在途不径,同该打工印艺参具数有下快的速弯近曲净性成能型进、行可测设计试性实强验,等研优究势了,能打够印基于熔融沉积技术的连续纤维增强树脂3D打印工艺为梁结构的制造提供了一种新的途径,该工艺具有快速近净成型、可设计性强等优势,能够实现梁结构的轻量化、功能化设计和制造。本工作对筋高0 mm与5 mm的T型梁打印件在不同打印参数下的弯曲性能进行测试实验,研究了打印厚度分别为0.7 mm、0.8 mm、0.9 mm时与打印丝束间距分别为0.6 mm、0.7 mm、0.8 mm时T型梁对应的弯曲强度与模量。由于3D打印连续纤维增强树脂材料存在着复杂的破坏模式,本研究运用声发射技术对T型梁的弯曲破坏过程进行测试分析,采用主成分分析法与K-means++聚类算法对采集的过程信号进行损伤分类。结果表明,当打印层厚为0.7~0.9 mm时,随着打印层厚的增加,T型梁的弯曲强度与模量均降低。当打印丝束间距为0.6~0.8 mm时,随着打印丝束间距的增加,T型梁的弯曲强度与模量降低。在T型梁从弯曲载荷加载初始到破坏失效阶段,对应特征信号可以聚类为五类,分别对应五种破坏模式,即基体开裂、层间剥离、纤维与基体脱粘、纤维开裂及纤维断裂,分类结果能够很好地解释弯曲破坏过程。

气象数据驱动的拉林铁路简支T梁温致变形预测

为快速、准确预测日照环境下高原铁路桥梁的温度变形效应,基于长短期记忆神经网络(LSTM)提出了一种气象数据驱动的桥梁温度变形智能预测模型。以拉林铁路简支T梁为背景,采用热力耦合有限元仿真分析,构建了“气象数据—温度变形”映射的样本数据库,以此训练预测模型并对桥梁温致变形进行预测。结果表明,LSTM模型表现出了较高的精度和优势,其梁体竖向挠度预测的决定系数(R2)超过0.97,平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)较反向传播神经网络(BP)模型提升超过70%,较随机森林(RF)模型分别提升了24%和27%。预测挠度与真实值在趋势和数值方面均基本一致,表明所提出的预测方法性能优异,为高原铁路轨道平顺性变化规律研究及动态检测数据评价提供参考。

翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗剪性能的影响

为探究翼缘尺寸对地聚物混凝土T形梁抗剪性能的影响,对1根普通混凝土和4根不同翼缘尺寸的地聚物混凝土T形梁进行了集中荷载下的抗剪试验;试验获得了T形梁试件的承载力、挠度、钢筋应变、破坏模式及裂缝的开展等相关参数。研究结果表明:地聚物混凝土T形梁具有与普通混凝土T形梁相似的裂缝扩展、破坏模式及抗剪承载力,但其刚度和斜截面开裂荷载较低,跨中纵筋和箍筋的应变较大;将翼缘厚度与截面有效高度比值从0.24增大到0.48时,地聚物混凝土T形梁的刚度增大、跨中纵筋应变减小,抗剪承载力提高了12.7%,地聚物混凝土的归一化抗剪强度增大了25.3%;当翼缘宽度超过两倍腹板宽度时,继续增大能减小跨中纵筋应变,但地聚物混凝土T形梁的刚度、抗剪承载力及地聚物混凝土归一化抗剪强度不再增大。规范ACI 318—19和Eurocode 2的计算结果明显低估了地聚物混凝土T形梁的抗剪承载力,GB 50010—2010较接近试验值。为更好预测地聚物混凝土T形梁的计算抗剪承载力,建议在抗剪承载力计算公式中增加翼缘有效受剪面积所提供的剪力。

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。

基于单梁试验下的预制T梁起拱度分析及控制研究

为解决预制T梁在生产过程中起拱度精度控制不足的问题,使用百分表对T梁张拉期的起拱度进行全周期监测,并通过理论计算得到预制T梁构件在张拉期增长的起拱度理论值,将监测数据与理论进行相互验证,然后根据预制T梁构件在张拉期、灌浆期和存梁期过程中起拱度的变化情况,分析影响预制T梁起拱度发生变化的主要因素。结果表明,1)张拉期T梁起拱度的监测数据与理论计算结果相吻合;2)张拉期张拉控制应力的设置过高以及在存梁期未采用有效的隔温措施会较大地影响预制T梁起拱度的精确控制。研究结果为预制T梁起拱度精确控制提供了重要参考。

T型钢连接方钢管柱-H型钢梁节点抗震性能分析

目的为了研究单边螺栓和T型钢连接的方钢管柱-H型钢梁节点的抗震特性,方法采用室内试验和数值模拟分析方法,对1∶2缩尺的边节点进行拟静力试验,并通过ABAQUS有限元软件进行数值模拟,综合分析边节点的滞回特性、承载力、刚度与耗能等力学特性。有限元分析变量为T型钢加肋、梁翼缘狗骨式和梁腹板开圆孔式。结果试验中,节点试件中连接件T型钢参与耗能且其变形最明显,梁、柱构件变形较小。塑性铰主要集中在连接构件T型钢上,T型钢腹板与翼缘交接处出现应力集中状态。试验弹性阶段,节点构件共同抵抗外部作用力。进入塑性阶段,节点损伤逐渐累积至T型钢,使T型钢最终产生塑性破坏而失效。有限元模拟中,T型钢加肋的形式对节点整体承载力影响最大,其中加3号肋的形式使节点承载力的增长量达到最大;梁翼缘狗骨式的形式对节点整体耗能能力影响最大,为44.01%。结论在T型钢上加肋板对节点的承载力和刚度提升较明显,对耗能能力影响不大;梁翼缘狗骨式和梁腹板开圆孔式均能提高节点的耗能能力,节点承载力和刚度基本不变;梁翼缘做狗骨式对节点抗震性能影响最显著。

静力模型优化分析简支T梁桥横向分布系数与刚度

鉴于桥梁荷载试验成本高且对试验人员专业性要求较高,为了能为桥梁监测提供更为贴合实况的理论数据,提出一种基于结构静力学试验测试结果修正理论参数的方法。该方法能考虑T梁间的剪切变形,比铰接T梁法更贴合梁间实际联系状况,提高了分析精度,降低了对试验人员专业性要求,并将该方法应用于有机玻璃铰接T梁桥模型的横向分布系数与刚度分析。结果表明:不考虑梁间剪力影响,在简化分析模型分析计算下,荷载横向分布影响线的计算结果与铰接T梁法一致,确保了所提简化模型与分析结果的准确性;该方法得到的荷载横向分布系数与实况契合度优于铰接T梁法,更能准确反映桥梁实际刚度;以有机玻璃模型静力实测响应值为基准,识别简化分析模型的关键控制参数,基于实测数据、修正后的理论模型及采用软件提取值计算得到的横向分布系数差异性较小,从而证实该方法能更好地反应桥梁实际刚度,为桥梁监测提供更为贴合实况的理论数据。可见静力模型优化分析简支T梁桥,在最不利荷载作用下的梁体下挠量优化率达27.71%,在3种工况下,下挠量最大梁体影响线数值优化率分别达到34.82%、13.07%和5.46%。

公路T梁桥建设碳排放特征与规律分析

桥梁工程是公路建设碳排放的主要环节,T梁桥作为公路项目标准化制造的重要结构形式,掌握其碳排放特征和规律,有助于公路低碳建设和管理。研究采用排放因子法对23座典型T梁桥进行碳排放测算,划定了公路T梁桥建设边界范围,确定了碳排放测算功能单位,测算了各工程部位的碳排放强度,开展了参数敏感性分析和相关性分析,并提出了基于桥梁长度的桥梁主要结构碳排放估算模型。通过测算结果可知,公路T梁桥建设碳排放强度为8927.13 t CO_(2)e/(km·lane),变化区间为4002.64~9871.74 t CO_(2)e/(km·lane),其中间接碳排放占比为98.28%~99.13%,而直接碳排放为6820.99 t CO_(2)e。桥梁建设约86%碳排放主要集中在预应力T梁和桩基础,碳排放强度分别为1.23 t CO_(2)e/m^(3)、0.68 t CO_(2)e/m^(3);约95%来源于水泥、钢材、回旋钻机和交流电弧焊机。敏感性分析表明,当水泥、钢材、电力、化石燃料碳排放因子变化±(10%~30%)时,碳排放变化分别为±(4.77%~14.32%)、±(4.24%~12.74%)、±(0.57%~1.72%)、±(0.14%~0.43%)。相关性分析表明,桥梁主要工程部位的碳排放受桥梁规模影响较大,可基于桥梁长度快速估算T梁桥整体和各工程部位的碳排放。对此,项目管理者可通过低碳采购等方式降低间接碳排放;可通过优化加工工艺和施工方案等方式,在工程活动中节约材料、降低能耗;可通过降低用量和碳排放因子多种组合方式,对主要材料和能源进行综合减碳。相关结果可为公路建设项目的低碳管理及相关研究提供详实的数据支持和节能降碳措施建议。

成型钢筋混凝土T形梁抗震性能非线性有限元分析

成型钢筋采用钢筋集中加工与配送模式,具有生产效率高、质量稳定、经济性好等特点,是建筑工业化的重要环节。成型钢筋骨架和钢筋焊接网是2种常见的成型钢筋。针对腹板配置成型钢筋骨架、翼缘配置钢筋焊接网的混凝土T形梁,基于有限元软件ABAQUS建立了考虑成型钢筋构造的非线性有限元模型,有限元分析结果与完成的成型钢筋混凝土T形梁低周反复荷载试验结果吻合较好。在此基础上,研究了钢筋成型工艺(手工绑扎、绕箍成型、穿箍成型)、混凝土浇筑方式(现浇、叠合)、混凝土强度(C30,C40,C50)、纵筋配筋率(0.4%,0.6%,0.8%,1.2%)、配箍率(0.2%,0.4%,0.6%)对钢筋混凝土T形梁抗震性能的影响规律。结果表明:绕箍成型、穿箍成型钢筋叠合梁和手工绑扎钢筋现浇梁的荷载-位移曲线较相似,所有试件位移延性在4.4~5.2;相比于纵筋配筋率为0.4%的绕箍成型钢筋叠合梁,纵筋配筋率为0.6%~1.2%试件的正、反向抗弯承载力分别提高25%~93%,18%~48%,正向位移延性由4.3下降为4.2~4.0,反向位移延性由5.0下降为4.8~4.5;绕箍成型钢筋叠合梁与现浇梁的骨架曲线相近,叠合梁比现浇梁的正、反向抗弯承载力分别低6%和10%以内;混凝土强度和配箍率对绕箍成型钢筋混凝土梁的抗弯承载力和位移延性的影响在4%以内。总体上,成型钢筋混凝土T形梁具有较好的抗震性能,成型钢筋可作为传统手工绑扎钢筋的替代方案。

粘贴钢板加固竖向开裂T梁加固效果评价

为研究粘贴钢板对竖向开裂预应力混凝土T梁的加固效果,通过破坏性试验研究2片20 m预应力混凝土竖向开裂T梁的受力性能。分别从裂缝、位移、应变等方面对加固效果进行评价。结果表明:竖向开裂T梁的结构安全储备不足,但相比于未加固梁,通过粘贴钢板加固,开裂后的刚度提升了33.2%,屈服荷载和极限承载力分别提升了34.7%、52.9%;减少了33.7%的裂缝产生与扩展;并且在混凝土进入软化阶段前,钢板与结构的协同受力能力优异。可见,粘贴钢板加固预应力混凝土竖向开裂T梁的加固效果优异。

基于T梁锚固端裂缝的有限元分析

【目的】针对某特大桥中25 m钢筋混凝土T梁在采用后张法张拉后腹板处出现开裂的现象,对T梁端部进行锚下局部应力分析,并研究锚固区混凝土的应力分布状况。【方法】通过有限元软件对梁端部进行计算模拟,并对比分析腹板厚度对主应力的影响。【结果】试验结果表明,T梁内腹板处的主应力随腹板厚度的增加而逐渐降低,得出该T梁截面设计不合理,等厚腹板T梁设计能有效防止裂缝的产生。【结论】研究成果可为预应力混凝土连续梁桥的相关设计提供参考。

钢筋混凝土T梁桥性能提升设计与实践

钢筋混凝土T梁桥作为一种成熟的桥型大量应用于我国公路建设中,经过多年运营,73版钢筋混凝土T梁出现了裂缝、横向联系性能减弱等问题,且旧护栏不具备防撞能力,文章分析了病害产生的原因,并通过增设钢悬臂和钢护栏、横向联系铰接改刚接、粘贴钢板和槽钢等措施提升桥梁护栏防撞性能、横向整体性能、主梁强度和刚度,实施效果良好。

TC4钛合金T形接头双光束激光焊接组织与力学性能研究

开展了1.5 mm⊥2 mm组合的TC4钛合金T形接头双光束激光焊接工艺试验,旨在研究该T形接头的微观组织与力学性能。结果显示,T形接头焊缝区主要为网篮状组织,在上部热影响区的交叉区为少量的针状α'相以及初生α相,下部热影响区交叉区为α相等轴组织。接头力学性能显示,抗拉强度与母材相当,平均弯曲角度为33.1°。完成了典型件的焊接,接头内部没有裂纹与气孔等缺陷,为轻量化构件制造提供了有效的焊接工艺。

30m节段预制T梁构造与力学性能分析

以宁波象山湾疏港3标段工程为研究背景,对工程中30m后张法预应力混凝土节段T梁进行研究。介绍了该工程的项目概况、节段T梁构造特点和预制成桥施工工艺流程,研究预制节段简支T梁的受力特征。通过有限元软件Midas建立模型,对节段预制简支T梁的力学性能进行检算分析。分析结果表明,30m节段预制T梁结构受力与变形满足相关规范要求,为高速公路预制T梁技术提供借鉴与参考。