预应力混凝土桥梁火灾后损伤分析与技术状况评估

为研究火灾对预应力混凝土连续梁桥的影响,以遭受火灾的某城市快速路桥梁为例,采用火灾动力学模拟软件FDS,构建受火桥梁的空间温度场分析模型,将数值模拟结果与现场检测推定过火温度进行比较,并结合实测混凝土与预应力筋力学性能折减及混凝土截面损失,计算灾后主梁承载能力,进而确定受火桥梁技术状况,为同类桥梁受火后检测评估提供参考。

Dynamic finite element model updating of prestressed concrete continuous box-girder bridge

The dynamic finite element model （FEM） of a prestressed concrete continuous box-girder bridge, called the Tongyang Canal Bridge, is built and updated based on the results of ambient vibration testing （AVT） using a real-coded accelerating genetic algorithm （RAGA）. The objective functions are defined based on natural frequency and modal assurance criterion （MAC） metrics to evaluate the updated FEM. Two objective functions are defined to fully account for the relative errors and standard deviations of the natural frequencies and MAC between the AVT results and the updated FEM predictions. The dynamically updated FEM of the bridge can better represent its structural dynamics and serve as a baseline in long-term health monitoring, condition assessment and damage identification over the service life of the bridge .

蒸养预应力混凝土箱梁早期温度及应变试验研究

为研究蒸汽养护对大体积混凝土箱梁的影响,本文结合某长江大桥高温蒸养预制混凝土箱梁项目,在30 m箱梁内埋设了温度和应变传感器,得到了箱梁在蒸汽养护及后期养护过程中的温度及应变变化规律。结果表明:测试截面的平均温度在66 h后才低于入模温度;混凝土水化热在11~13 h达到峰值,截面各区域测点温度峰值由大到小依次为顶腹板交界处、顶板、腹板、底板、底腹板交界处;顶腹板交界处和顶板的温度峰值高于其他区域;箱梁内部和表面、表面和外部最大温差分别为18.62和14.29℃,均出现于蒸汽养护前;在整个养护过程中,箱梁内部产生的拉应力小于混凝土劈裂抗拉强度,梁体无开裂风险;预应力钢束张拉完成后,各测试截面的应变均为压应变,且后期变化幅度不大。

基于预应力场分布的锚杆支护参数设计

为优化隧道施工预应力锚杆支护参数,通过模型试验与数值模拟相结合的方法研究Ⅳ级围岩条件下锚杆支护参数对预应力场分布的影响。结果表明:预紧力对锚杆预应力场的影响显著,预紧力越大,预应力场分布范围越大,锚杆主动支护作用越好;锚固长度过长会减小预应力场分布范围,锚固长度过短则不利于形成连续的压应力区,建议锚固长度取锚杆长度的30%~50%;锚杆间距越小预应力场叠加效应越明显,锚杆间距过小时在锚杆末端会出现拉应力区,建议锚杆间距取锚杆长度的42%。

局部受热锈蚀预应力混凝土梁力学性能试验研究

随着我国基础建设的发展,大量混凝土桥梁在恶劣环境影响下发生腐蚀和老化,腐蚀桥梁结构的灾害破坏机理研究对桥梁结构的运营安全具有重要意义。为研究已经锈蚀受损的桥梁在局部受热状态下的高温力学性能,设计10根预应力混凝土梁试件。其中对照组的2根试件在常温下加载,试验变量为预应力筋初始应力,试验组的8根试件在高温下加载,试验变量分别为钢筋锈蚀、预应力筋初始应力、初始荷载。首先,基于电化学原理对4根预应力混凝土梁进行钢筋加速锈蚀处理,然后利用复合高温试验炉对8根预应力混凝土梁(4根锈蚀、4根未锈蚀)在跨中进行三面受火试验。最后,采用数值方法对局部受热预应力混凝土梁进行了仿真分析。研究结果表明:局部受热条件下,预应力混凝土梁的承载能力会发生明显降低,下降幅度约为11.3%~14.9%;钢筋锈蚀导致的混凝土开裂会对预应力混凝土梁的抗火性能产生不利影响,主要表现为2个方面,1)相同试验条件下,锈蚀后的试件预应力增量更大;2)锈蚀试件在局部受热条件下承载能力下降幅度更大,约为19.4%~21.9%;增大预应力筋的初始应力可以减小预应力混凝土梁在局部受热时的高温蠕变变形;局部高温作用下预应力混凝土梁对初始荷载较为敏感,当试件初始荷载值提升20%时,三分点位移量约增大60%。研究成果可以为实际锈蚀桥梁的防火设计和灾后应急提供理论依据。

预应力钢绞线感应加热及其丝间接触模拟研究

预应力钢绞线感应加热是一复杂工艺过程,利用多物理场仿真软件对该过程进行模拟,可为工艺优化提供基础。对于几何方面,由于工艺的连续性,难以确定钢绞线丝间接触情况;对于物理场方面,感应加热是涉及多场的强耦合、强非线性过程。针对以上情况,根据两种丝间接触情况建立了三维钢绞线几何模型,描述了非线性材料参数,建立了相对磁导率关于温度和磁通密度的数值模型,测定了现场温度数据,判断了边丝间是否接触,分析了接触面宽度对加热效果的影响。结果表明:边丝之间是接触的,且现场温度数据与模拟结果较为吻合,验证了模拟的正确性。

深部煤系软岩大巷全断面锚注修复技术研究

为解决深部煤系软岩大巷变形剧烈、持续时间长且支护困难的问题,以王洼煤矿8煤层南深部集中运输大巷为工程背景,采用现场勘查、矿物组分分析、围岩应力测试、数值模拟分析等方式,揭示了造成深部煤系软岩大巷产生强烈变形的主要原因,得出加强深部煤系软岩大巷支护的控制思路,并在此基础上根据煤系软岩的劣化程度和支护失效特征,提出了基于全断面高强锚索支护+喷浆+全断面注浆锚索锚注支护+钢棚支护的主被动联合补强修复支护方案,并建立了修复支护的“三个阶段、四个步骤”工艺体系。研究结果表明:8煤层南深部集中运输大巷围岩成分复杂、质地软弱、遇水易膨胀崩解,且处于高地应力环境,应力集中系数达到1.46,总体表现出变形速率快、持续时间长、变形量大的特点;原支护设计存在支护强度不足、未针对软岩特性采取有效措施的缺陷,导致顶板、巷帮部分锚杆锚索破断失效;进行全断面锚注修复支护后,形成高强度、范围大、连续性强的预应力场,预应力场有效影响深度增大至原支护的1.5倍。现场试验监测显示:补强修复支护后,大巷巷帮及顶底板变形趋于稳定,表明全断面锚注修复支护工艺对深部煤系软岩大巷的稳定性控制效果显著。

任楼煤矿大断面切眼成巷及稳定性分析

针对大断面切眼巷道掘进过程中顶板离层严重、表面位移变形量大等难题,以安徽省皖北煤电任楼煤矿72513工作面切眼为研究对象,开展大断面切眼巷道围岩控制技术研究,利用Fl AC3D软件对不同的支护方案进行了数值模拟,通过分析不同支护方案的预应力场分布规律,最终确定锚杆网索联合支护方式,并对支护参数进行优化,且进行现场施工。对巷道变形进行现场监测,结果显示,该支护方案有效的抑制了围岩变形,达到了很好的支护效果。

缓倾斜煤层回风上山软岩支护参数优化研究

针对黑龙煤业12采区回风上山岩性强度低,易发生变形破坏,导致原有支护方式失效的问题,基于理论分析、数值模拟和现场试验等方法对巷道支护方案进行优化设计研究,确定优化后锚杆直径为∅22 mm,间排距为800 mm×800 mm,锚索直径及长度为∅18.9 mm×7300 mm,间排距为1600 mm×2000 mm,在巷道变形破坏严重区域使用注浆锚索,在围岩变形上,优化支护方案较原支护方案在顶底板移近量和两帮变形量控制效果上分别提高约71.52%和78.76%,优化方案提高了支护区域的稳定性,有效保证工作面的安全高效生产。

基于分子动力学的薄膜铜预应力模型的建立与正确性验证

通过分子动力学方法建立的铜薄膜的仿真模型,并通过添加预应变的方法获得了预应力场模型。对于建立的预应力场模型模型通过可视化的方式以及内应力计算分析,发现:当预变形量大于等于8%时,模型内部的位错会释放形成位错模型,不是研究所需要的预应力场模型;当预变形量小于8%时,模型内部无位错形成,但存在预设的预应力场,是研究预应力场所需要的模型。该模型可以用来研究与应力场下薄膜初始塑性的形核及判据等。

某体育馆屋面预应力梁的现场检测和加固方法探讨

预应力混凝土结构因其抗裂性能好、强度高等优点,已广泛应用于各建筑工程中。但是,随着大量预应力混凝土结构的应用,既有预应力混凝土构件的现状检测和加固也随之发展。本文以某学校体育馆屋面改造为例,介绍了大跨预应力梁的设计特点,并对拟改造区域预应力梁的现场检测和加固方式进行了探讨,为相关工程案例的前期检测工作提供参考。

PC连续箱梁桥的日照温度效应及合龙温度研究

以云南省某大跨径预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,研究其日照温度效应以及合龙温度的确定。使用ANSYS数值模拟混凝土箱梁的温度场,结合实测值验证其可靠性,并拟合相应的指数型温度梯度曲线;使用Midas研究日照温度模式对混凝土箱梁桥施工中和成桥下的内力和位移影响;基于年温差效应对合理合龙温度进行研究,并针对非设计合龙温度下的合理施工提出相应的改善措施。结果表明,温度场计算理论得出的数据同实测值吻合较好;拟合出指数型的升温和降温模式下的温度效应公式,尤其是对最大悬臂状态的下挠影响显著,最大下挠值达21.6 mm;结构因整体升温或降温产生的横向位移值比竖向位移值大,升温22℃时,最大纵向位移值为-31.2 mm;合龙温度为10℃时,对主梁结构的受力最好,同时升温带来的结构上挠值对结构长期变形有利。

基于物质-场分析的可拆卸矿用锚具的优化设计研究

预应力锚固技术在煤矿巷道顶板支护中被广泛应用,但目前针对预应力锚索锚固结构的卸锚仍采用手工操作,缺乏安全成熟的研究和成果。本研究分析了锚环-夹片-锚索三者之间物质-场关系,确定了传统矿用锚具卸锚过程中的关键问题,通过消除非有效完整功能的物质-场模型、减缓有害功能的物质-场模型等两个方面进行分析,借助实验室试验对其进行结构优化。最终提出一种可拆卸矿用锚具,并在井下进行了应用试验。试验结果表明,相较于目前常用的矿用锚具,论文提出的可拆卸矿用锚具在实现快速高效拆除的同时,所需拆卸力小,锚索剩余应力实现归零,卸锚过程安全可靠。

低回缩预应力钢绞线锚具应用于腹板竖向预应力的应力场的计算与实测

针对低回缩预应力钢绞线体系应用于箱梁腹板的应力场计算设计了矩形薄板试验,对预应力即时损失以及矩形薄板各截面竖向预压应力场进行了测试。根据箱梁腹板在竖向预应力作用下的受力特点,利用竖向局部荷载作用下弹性力学平面应力问题的解析解,用多项式拟合得出应力扩散角、应力均匀度和名义应力度之间的计算公式。预应力损失测试结果表明,这种低回缩预应力钢绞线锚具的预应力即时损失值低于5%,从而证明了该体系应用于短索能有效地提高预应力效率,若应用于箱梁腹板能提高箱梁的抗剪可靠性。弹性理论计算结果与矩形薄板试验测得的竖向预应力作用下的应力场吻合较好,当扩散角α小于26.5°时,能保证各截面处于较高的应力水平和应力均匀度,表明了低回预应力钢绞线锚具应用于腹板竖向预应力时具有优越性。

锚杆锚索同排协同支护在南关矿的应用研究

针对南关矿高水平应力条件下三采区轨道巷变形量大,难于支护的问题,以锚杆锚索同排协同支护思想为指导,通过现场观测、数值模拟及理论分析,对巷道掘进后围岩中应力演化规律及变形破坏机制进行了研究,提出锚杆锚索同排布置协同支护方案,对比了原支护方案及优化支护方案的预应力场和围岩变形情况。结果表明,锚杆、锚索布置方式及预应力协同后,最大限度发挥了锚固构件力学性能,提高了围岩的自承能力,减小了巷道围岩变形量。现场应用与监测数据表明,锚杆锚索同排协同支护方案具有良好的支护效果,可以有效控制巷道围岩。

基坑锚索预应力损失规律现场试验研究

受开挖施工及锚固地层的影响,基坑锚索预应力损失现象较为普遍。依托某实际工程开展现场试验,分析了张拉荷载大小、张拉锁定方式、无黏结段长度以及循环加载对锚索预应力损失产生的影响,进而对基坑锚索预应力损失形成机制进行了探讨。结果表明:锚索锚固体与周围地层发生的脱黏滑移是产生预应力损失的重要原因,锚拉力越大,锚索预应力损失越明显;对于分散型锚索,单根张拉锁定有利于减少其预应力损失;锚索无黏结段长度会对锚头刚度产生影响,其长度越短,锚索预应力损失越明显;多次循环加载可以将锚固体受荷产生的塑性变形进一步锁定,从而大大降低锚索在锁定后的预应力损失。相关规律和结论可为基坑锚索的设计与施工提供有益的参考。

无粘结预应力混凝土简支板的抗火试验研究

主要研究了受火无粘结预应力混凝土简支板的温度场分布和板的变形情况 ,并给出了钢筋保护层的厚度、预应力度对无粘结预应力混凝土简支板受火性能的影响。为无粘结预应力混凝土板的火灾行为的理论研究提供了依据。

预应力锚索加固花岗岩类土质高边坡的现场测试研究

随着高速公路建设的发展,花岗岩类土质高边坡越来越多,其采用的加固方式多为预应力锚索框架。以广东汕梅高速公路汕揭段花岗岩类土质高边坡为依托,通过现场实测,详细研究框架的内力分布及其所受的地基反力、锚固力在类土质边坡中的传递规律及锚索各段的拉力分布规律,所得结果对指导类似工程的设计与施工具有重要价值。

预应力混凝土梁板在桥下空间火灾时的温度场与预应力筋松弛研究

通过对预应力梁板在桥下空间火灾情况下的结构温度进行模型试验和数值模拟,获得了桥梁结构在火灾下和火灾后的瞬态温度场。基于该温度场,利用预应力钢筋高温蠕变的分析方法,进一步研究了梁板内钢束的预应力损失情况。实验研究与数值模拟表明:(1)桥下火灾时混凝土桥梁结构内部温度的变化时间远大于火灾时间,因此热-结构响应的分析时间应覆盖整个温度变化过程;(2)混凝土桥梁结构内的温度远小于火场温度,混凝土保护层对主筋(束)的强度和弹性模量有较好的抗火保护作用;(3)火灾后梁板预应力钢束将出现预应力损失,火场温度越高,预应力损失越大。可以在火灾时间与火场温度调查的基础上,分析火灾后的预应力损失,从而为灾后桥梁性能评估打下基础。

上海世博会主题馆地下室外墙结构设计与分析

世博会主题馆地下室外墙超长,平面开洞面积较大,地下局部夹层且多处错层,结构布置复杂。设计采用施加预应力在墙板内形成预压力,以抵抗温度应力和混凝土收缩,提高结构的抗裂性能;合理设置后浇带,以有效释放混凝土收缩应力,并通过加强养护等措施防止结构的开裂。工程通过结构应变的现场测试,验证了相关抗裂技术措施的合理性和有效性。对于平面大开洞引起地下室外墙支撑条件的变化,根据不同情况设置扶壁墙、混凝土内墙和扶壁梁,保证受力的合理性。对于地下室夹层楼板不连续,无法有效传递水平力的问题,在夹层和地下室底板之间设置混凝土墙,通过墙体将水平力传至底板。