采用大直径灌浆套筒连接的预制桥墩抗震性能研究

为探究墩台处采用大直径灌浆套筒连接的预制装配式桥墩抗震性能,进行拟静力试验及有限元分析。设计、制作2个采用大直径灌浆套筒(主筋直径40 mm)连接的预制装配式桥墩(预制桥墩)及1个现浇桥墩开展拟静力试验,对2类试件的试验现象、破坏形态、滞回曲线和承载能力进行对比分析,并采用有限元法对预制桥墩混凝土、套筒及连接钢筋的受力性能进行研究。试验结果表明:在水平循环荷载作用下,预制桥墩与现浇桥墩一致表现为弯剪破坏,但墩底区域破坏形式不同,现浇桥墩主要表现为柱脚混凝土大面积压碎,而预制桥墩的破坏现象更为严重,集中表现为套筒四周混凝土成块压碎剥落;相较于现浇桥墩,预制桥墩的承载能力平均值偏小5.2%,位移延性系数平均值偏小2.7%,预制桥墩力学性能与现浇桥墩相当。有限元分析结果表明:预制桥墩会在套筒顶部和桥墩底部出现2个塑性区,且预制桥墩中大直径灌浆套筒的受力状态以轴向受力为主,按照轴向受力进行套筒设计可满足其在桥墩结构中的受力要求;预制桥墩在墩底混凝土破坏后,其主筋和灌浆料仍保持可靠粘结,采用大直径灌浆套筒连接的预制桥墩抗震性能良好。

城市钢箱梁桥横向分块施工分析

杭州市跨京杭运河高架桥为(37+60+37)m连续钢箱梁桥,钢箱梁总重约932t。为解决钢箱梁运输难题、加快施工进程,该桥钢箱梁采用纵向分段、横向分块施工方案,钢箱梁横向采用错位分割。为提高梁段的刚度并降低各梁段刚度的差异,提出剪刀撑加强方案,即在梁段的腹板与顶板开口处及缺失腹板处沿顺桥向增设剪刀撑。为分析剪刀撑加强方案的可行性,采用MIDAS Civil建立中跨有限元模型,分析吊装及安放过程中各梁块跨中处的位移与应力,并对实桥应力进行监测。结果表明:采用剪刀撑加强方案后,各梁块的变形和应力均较为协调,满足后续横向焊接施工要求;结构应力处于安全范围。实践证明,剪刀撑加强方案能够满足钢箱梁横向分块施工的控制要求。

预应力混凝土桥梁结构非线性仿真研究

针对现代预应力桥梁结构受力复杂、非线性效应明显的问题,从理论上对其非线性仿真方法进行了探讨。通过在实体等参元中引入梁和板壳等理论,提出了用于复杂混凝土桥梁结构仿真建模的实体退化系列单元;从预应力筋的实际作用机理出发,提出了预应力效应分析的二阶段法;建立了混凝土徐变的三参数粘弹性模型,并推导了三维徐变效应分析的递推公式;从几何非线性、材料非线性及求解方法等三个方面对混凝土开裂及极限承载能力分析的具体实现方式进行了讨论。用三个算例分别对预应力、徐变及极限承载状态等的分析方法的有效性进行了验证。结果表明,本文方法能更真实有效地模拟实际结构,客观分析预应力及徐变的三维效应,可以准确预测结构的开裂及极限承载状态,具有很强的适用性。

确定斜拉桥最优恒载索力方法的探索

采用有限元计算同优化分析相结合的方法来确定斜拉桥的最优恒载索力 .用一种新型单元——虚拟层合梁单元对结构进行计算 ,以梁和塔的最大应力最小为目标、用拟牛顿法对索力进行优化 .运用该方法对一实际斜拉桥进行索力优化 ,并得到一组索力 ,在该索力下 ,结构的应力状况良好、塔顶偏位较小 .分析结果表明 :该方法简单。

预应力混凝土曲线桥极限承载能力分析

针对梁段法难以客观分析预应力混凝土(P.C.)曲线桥梁极限承载能力的问题,提出采用实体退化单元的三维分析方法。基于经典的三维实体等参元和梁、板壳等理论,提出了新型实体退化单元,建立了用于钢筋模拟的三维弥散模型,从几何非线性、材料非线性及求解方法等三个方面对极限承载能力分析的具体实现方式进行了讨论。用一试验结果对该方法进行了验证,并将其用于四跨P.C.曲线梁桥,从破坏型式、应力变化及变形发展等方面对结构极限状态进行了分析。结果表明:该方法通用、可靠,应用于实桥是可行的,为更深入了解P.C.曲线梁桥极限状态性能提供了新的方法。

栓钉高度对栓钉连接件抗剪性能的影响

为了研究栓钉高度对栓钉连接件抗剪性能的影响,通过24个栓钉抗剪性能模型推出试件,获得栓钉在不同直径和高度下的荷载-滑移曲线和破坏模态,比较分析栓钉高度对栓钉连接件抗剪性能的影响,建立考虑栓钉高度的抗剪承载力计算式.研究结果表明:当栓钉连接件长径比为4.5~13.2时,栓钉的抗剪承载力随长径比的增加而增大;当栓钉长径比小于10时,抗剪刚度随长径比的增加而增大,当长径比大于10时,抗剪刚度变化较小.提出栓钉连接件长径比为4.5~13.2时栓钉连接件发生剪断破坏时的抗剪承载力计算式,该公式考虑的因素更全面,与试验结果较吻合;中国现行规范关于栓钉抗剪刚度的设计值偏保守,在进行设计时可以选取规范Eurocode4或Oehlers提出的计算方法进行参考,以达到减少栓钉使用数量,降低设计和施工难度的目的.

不同加载速率下CA砂浆的抗压性能试验

通过CA砂浆在不同加载速率下的单轴抗压试验,研究CA砂浆在高频荷载冲击等复杂外界条件下的抗压性能,分析了CA砂浆试件破坏模式、应力应变关系、抗压强度和弹性模量的变化规律,并根据试验结果建立了CA砂浆在不同加载速率下的应力应变关系。结果表明:CA砂浆的抗压强度和弹性模量随加载速率增大而增大;根据试验和理论曲线的对比结果,提出的应力应变模型能够合理地描述CA砂浆在不同加载速率下的应力应变关系。

杭州市文晖路立交桥主桥的空间分析

现代桥梁跨径不断增大,宽度也在不断加宽,受力条件愈来愈复杂,其表现的空间效应越来越明显,单纯的由平面分析很难反应桥梁的实际受力情况。运用实体退化单元对杭州市文晖路立交桥主桥(斜拉桥)进行了真三维空间分析,特别分析了主梁纵、横向的正应力和索塔竖向正应力。分析结果表明该桥的空间效应比较明显,在恒载作用下桥梁的受力比较合理。

大跨度混凝土桥梁预应力空间效应分析

针对传统的平面杆系理论无法客观分析预应力混凝土桥梁中多向预应力效应的问题,运用实体退化单元,将预应力筋作为结构的一部分,用等效节点荷载模拟预应力效应.采用该方法对临海大桥(斜拉桥)预应力的空间效应进行了分析.分析结果表明,预应力明显改善了桥梁的正常使用状态,多向预应力的空间效应明显;该预应力空间效应分析方法客观模拟了预应力的空间效应,为进一步完善预应力桥梁的设计提供了依据.

桥梁空间分析中预应力效应分析方法研究

预应力技术在桥梁中的广泛使用,使得桥梁结构受力状况复杂,对预应力混凝土桥梁进行空间分析是必要的;但由于预应力筋数量庞大且形状复杂,对预应力空间效应的模拟是预应力混凝土桥梁空间分析的难点。从预应力筋的实际作用机理出发,提出在预应力张拉阶段用等效节点荷载来模拟预应力对结构的作用;而在预应力管道灌浆后,将预应力筋作为结构的一部分,用实体退化单元进行结构分析,并用两算例对本文的方法进行了验证。结果表明,该方法能真正模拟预应力的空间效应,可用于预应力混凝土桥的空间分析。

基于黏聚区域模型的石拱圈承载力分析方法研究

石拱桥拱圈石之间的拼接界面往往是拱圈结构的薄弱处,决定着拱桥的安全性和承载力。该连接界面往往因其强度低而沿法向起裂并张开扩展,或沿切向发生相对滑移,此复杂的界面行为特性成为石拱桥承载力分析及安全性评估的难点。针对拱圈石连接缝处的起裂及裂缝扩展后结构非连续变形的复杂力学行为的模拟问题,采用多折线型黏聚区域模型描述拱圈石间界面滑动和拉裂破坏变形,并构造无厚度界面单元,形成考虑非连续变形效应的石拱桥极限承载力分析的方法。采用该方法对一石拱圈的破坏全过程进行模拟分析,实现拱圈石块之间非连续变形的数值模拟,得到拱圈结构的极限承载力及相应的破坏形态,验证了本文方法的可行性。本文方法可以模拟石拱桥结构破坏的全过程,可用于石拱桥的承载能力分析及石拱桥结构脆性破坏的安全性评估。

分阶段施工中钢箱梁制造参数的通用计算方法

为了精确计算分阶段施工中钢箱梁制造参数,形成简便统一的求解思路,基于安装时节段间交界面实现平顺对接的思想,直接根据结构累计位移确定已安装、待安装节段桥位现场的相对位置关系,以设计成桥状态下节段形心处梁长为基准,提出分阶段施工钢箱梁桥节段间制造夹角、顶底板长度制造参数的通用计算方法.将该方法应用于三跨钢箱连续梁桥大节段吊装施工,准确计算各小节段钢箱梁制造参数,并精准修正大节段接缝处顶底板加工长度.结果表明:制造完成后各小节段钢箱梁交界面焊缝宽度均匀一致,现场安装时大节段钢箱梁端面实现精准匹配,合龙后主梁线形与设计线形吻合良好,验证了所提方法的正确性.

基于部分抗剪的钢箱梁横向分块施工效应分析

为了研究横向分块施工造成的抗剪刚度减弱且分布不均对分块钢箱梁受力特性的影响,针对分块后不对称开口薄壁构件顶、底板之间部分抗剪的力学特性,引入考虑界面滑移的组合结构理论,建立变形和应力的解析分析方法.基于典型等截面单箱多室钢箱梁截面设计参数的统计规律进一步归并结构尺寸参数,建立以桥梁跨度、分段长度和抗剪刚度等关键参数为基本变量的变形计算公式.通过影响参数分析,提出能够应用于不同跨度钢箱梁的分块施工方法.结果表明,当分段长度增大到40m以上时,必须采用抗剪临时撑增大抗剪刚度,或采用临时支点加固,以减小变形、控制施工质量.

悬臂浇注施工斜拉桥的误差控制方法

在预应力混凝土(PC)斜拉桥悬臂施工中,为了减小索力及线形误差,分析了误差原因及其控制现状,提出了模型误差及悬浇效应误差的控制方法。结合三维实体等参元和板壳单元的优点,构造了适用于复杂桥梁结构空间分析的实体退化单元,建立了离散钢筋模型。根据挂篮牵索锚固点处的变形协调条件,推导出牵索索力随混凝土浇筑的增量计算公式,建立了悬浇过程中各工况下挂篮前端标高控制的计算公式。应用结果表明:在悬浇施工过程,牵索索力控制精度达到了3%,成桥索力控制精度达到5%,悬臂端标高误差控制在1 cm内,因此,提出的控制方法可实现PC斜拉桥悬浇过程各工况下索力及线形的准确预测。

预应力混凝土斜拉桥悬浇施工的仿真研究

针对现代大跨预应力混凝土(P.C.)斜拉桥的结构及受力特点,提出用实体退化单元建立P.C.斜拉桥的悬浇过程分析的三维模型;将预应力筋作为结构的一部分,用等效节点荷载模拟预应力的张拉效应;用三参数粘弹性模型模拟混凝土徐变效应;根据挂篮牵索锚固点处的变形协调条件,导出了P.C.斜拉桥混凝土悬浇效应的计算公式.并以一P.C.斜拉桥为对象,进行了应用研究.结果表明:与平面分析方法相比,本方法可较好地预测索力的变化情况,为施工监控及施工过程验算提供可靠依据.

预应力混凝土斜拉桥悬浇施工过程控制的研究

针对悬浇施工过程中结构内力及线形不断变化且规律复杂的问题,提出了对牵索索力和挂篮前端标高进行控制的方法.在对悬浇施工工艺进行探讨的基础上,根据挂篮牵索锚固点处的变形协调条件,推导出牵索索力随混凝土浇筑而增加量的计算公式,并建立了悬浇过程中各工况下挂篮前端标高控制的计算公式,从而得到了预应力混凝土(PC) 斜拉桥悬浇过程索力和线形的双控方法.研究结果表明,在杭州文晖大桥悬浇过程控制中,挂篮前端标高的误差都在1 cm内,大部分节段的牵索索力误差在40.0 kN内.该方法可对PC斜拉桥的悬浇过程进行准确地控制,有效地改善了索力及线形的误差状况.

独塔单索面斜拉桥空间应力状态分析

现代斜拉桥多采用密索体系,属高次超静定结构,且箱 形的主梁结构空间效应明显,单纯地由平面分析很难反应桥梁 的实际受力状况。以一独塔单索面斜拉桥为背景,采用新型空 间单元———实体退化单元,考虑三向预应力效应,对其成桥状 态下的纵、横、竖向的正应力状况进行了分析。分析结果表明, 该桥在恒载下,主梁顺桥向正应力沿横向分布相当不均匀,翼 板上的顺桥向正应力明显小于主梁中间部分的正应力;塔梁相 交处主梁的横桥向拉应力偏大。空间分析结果为完善设计提 供了依据,确保了桥梁在设计上的安全。

复杂索塔结构空间受力状态研究

索塔是缆索承重桥梁中的一重要受力构件,型式多样、荷载条件复杂,其最终的应力状态同桥梁施工过程密切相关,且空间受力特性明显。以一实际斜拉桥索塔为背景,采用实体退化系列单元模拟了整个施工过程,对索塔结构的空间应力状态进行了分析,探讨了索塔根部截面竖向正应力随施工过程的变化情况。分析结果表明索塔结构的竖向应力空间特性明显,施工过程中应力变化复杂。空间分析弥补了平面分析的不足,其结果对保证索塔安全、完善索塔设计具有实际意义,所采用的分析方法值得推广应用。

围压对Ⅱ型CA砂浆力学性能的影响

对不同围压下的CRTS-Ⅱ型CA砂浆进行了三轴压缩试验,并测定CA砂浆的应力应变曲线。分析了峰值应力、峰值应变、残余强度及弹性模量随围压的变化规律,并对其进行线性拟合。结果表明,随着围压的增大,应力应变曲线峰值处逐渐平缓;峰值应力、峰值应变及残余强度逐渐变大,弹性模量基本不变;CA砂浆试件破坏时的裂缝与轴线的夹角逐渐增大。

槽形组合钢梁桥顶推施工线形控制

为取得高精度的顶推施工槽形组合钢梁桥线形,提出采用传递矩阵法对顶推施工过程中各工况的线形进行预测与控制,选择节段间预拼角及梁段末端倾角作为线形控制参数,对顶推施工过程中各种线形状态之间的传递关系进行分析,并给出了描述拼装状态线形及顶推状态线形的传递方程表达式。以钱江八桥实际工程为对象,将所提出的方法应用于槽形组合钢梁顶推施工的线形控制,并对线形控制效果进行分析和评估。工程实践结果表明:测点线形误差为±1.0cm,成桥及安装状态等各工况的线形满足要求,采用的基于传递矩阵思想的理论方法可以实现对槽形钢梁顶推施工线形的高精度控制。