预应力混凝土箱梁爆炸荷载模型试验及有限元分析

目前针对箱梁爆炸荷载以及冲击波传播规律的研究较少,以目前混凝土桥中应用较为广泛的预应力混凝土箱梁桥为依托工程,以1∶5缩尺比例设计箱梁爆炸荷载试验。试验表明,箱梁顶板超压沿箱梁纵向呈非线性下降梯度分布特点,超压沿箱梁横向近似于梯形荷载分布,随着比例距离的减小,结构超压增大。其次,基于箱梁爆炸荷载试验,建立箱梁三维爆炸数值分析模型,通过将数值分析结果和试验数据进行对比,验证数值模拟的准确性。基于数值分析,揭示爆炸冲击波与箱梁的相互作用机理,明确箱梁冲击波的传播规律。对不同爆炸工况箱梁各部位超压分布规律研究显示:当爆心位于箱梁顶板上方时,顶板迎爆面超压较大;当爆心位于翼缘板下方时,在翼缘和腹板处产生较大超压,其余部位超压较小。而当爆心位于箱梁底板下方时,翼缘、腹板和底板均受到较大的冲击波超压,结构全截面受爆炸影响较大。最后,基于试验和数值分析结果,对不同工况下箱梁顶板、腹板和底板的超压峰值进行方程拟合,建立不同爆炸工况下箱梁关键部位荷载模型。

6-30预应力混凝土箱梁桥梁博士与Midas Civil有限元模型计算结果对比

采用桥梁博士与Midas Civil这2种有限元软件建立6-30预应力混凝土箱梁桥梁模型进行研究分析,依次对比分析正应力验算、最大主应力验算、抗裂性验算、正截面强度验算和支座反力等方面的计算结果。研究表明,Midas Civil有限元分析在计算箱梁上下缘最小正应力、上缘抗裂性安全系数、正截面强度安全系数方面比较保守;桥梁博士有限元分析在计算箱梁上下缘最大正应力和下缘抗裂性安全系数方面比较保守;在恒载作用下,2种软件计算出来的箱梁支座反力差距均在5%以内,数值较为接近。

预应力混凝土组合箱梁的抗弯性能试验分析

由于不同的加固方式会对预应力混凝土组合箱梁的承载力造成一定影响,使其容易出现弯曲变形,因此开展预应力混凝土组合箱梁的抗弯性能试验分析。以桩埕路改造项目为例,将四个25 m跨度的混凝土桥梁作为测试样本,使用三分点加载方式完成桥梁试件参数设计,布置测点时需在不同位置增加应变片,通过对有效拉应力与抗弯承载力的计算,将未加固的桥梁与使用板-混凝土组合方式加固的桥梁进行对比,分析其荷载-跨中挠度与抗弯强度对桥梁性能的影响。测试结果表明:所测试的桥梁试件跨中挠度在300~600 mm之间,荷载对应提升了1500 kN;极限状态下的承载力与加固之前相比,分别提升了54.38%、50.46%、55.22%;桥梁的抗弯强度和断裂伸长率相比没有加固的桥梁,桥梁试件A3分别增加了42.5 MPa和245%。对加固后的桥梁工程效果进行分析,未发现组合箱梁裂缝问题。

现浇预应力混凝土连续箱梁施工技术研究

研究了现浇预应力混凝土连续箱梁施工技术,指出了在模板搭设方面,通过合理的模板搭设能够确保工程的顺利进行;在预应力筋布设阶段,科学合理地安排预应力筋的布设对于工程的质量至关重要;在混凝土浇筑阶段,遵循严格的浇筑工艺,可以保障混凝土的质量;对于预应力杆的处理与调整,精准的处理和调整可以保证预应力结构的稳定和安全。论文还针对混凝土的养护以及安全与质量管理进行了详细分析,并提出了一系列可行的技术方案。

现浇预应力混凝土箱梁桥受力性能分析与预应力设计

对多跨现浇混凝土连续箱梁桥预应力分析与设计方法进行论述,以某高速公路预应力混凝土连续梁桥为工程实例,对其进行现浇后张法预应力混凝土多跨连续箱梁受力性能分析研究。在现行设计规范荷载作用下,根据箱梁受力状态进行纵向预应力钢束设计方法,使其具有良好的使用性能,满足现行设计规范要求,并结合实例对现浇混凝土连续梁预应力设计给出优化建议。

预应力混凝土箱梁梁体复位技术

为复位梁体偏移,延长桥梁使用寿命,依托高沁高速田街大桥,首先对其预应力混凝土小箱梁梁体偏位现状及产生原因进行了分析,据此提出顶推复位、修复破损挡块和加强梁体径向约束的处治方案,然后对梁体复位施工流程及要点进行了探讨,最后对比分析了梁体复位前后的位移、倾斜角度和应变值。结果表明,经过复位,桥梁的结构状态得到有效恢复,所用方案有效。

预应力混凝土箱梁施工关键技术

为了提高预应力混凝土箱梁的施工质量,结合工程实例,对某公路桥梁预应力混凝土连续箱梁的结构特点进行了总结,从测控网设置、挂篮安装、悬臂段钢筋安装、预埋件及预留孔安装、混凝土浇筑、预应力施工、孔道压浆、主桥合拢等关键施工技术进行研究。研究结果表明:此施工技术有效确保了项目的顺利实施,施工过程中未出现安全和质量事故,竣工验收合格,为类似项目积累的施工经验。

大悬臂预应力混凝土箱梁桥拼宽方案受力分析

以沪武高速公路太仓至常州段的望虞河大桥改造工程为背景,研究大悬臂预应力混凝土箱梁的拼宽方案,利用Midas软件建立全桥的有限元模型,分析桥梁在活载、基础沉降、收缩徐变作用下的结构受力特点,总结各拼宽方案的关键问题,并提出施工建议。

简支预应力混凝土箱梁的收缩徐变效应研究

采用有限元方法对60m简支预应力混凝土箱梁的收缩应变、徐变应变与混凝土龄期之间的关系,收缩徐变效应对简支箱梁的竖向变形的影响,以及收缩徐变效应引起的预应力损失对简支箱梁的竖向变形的影响进行了研究。研究结果表明,在浇筑结束至龄期100d范围内,收缩徐变应变随龄期增长呈现出线性快速增长态势;龄期超过100d后,应变增大速度逐渐减缓;在混凝土浇筑结束至龄期25d时间范围内,徐变变形随龄期增长呈线性快速增长趋势;随混凝土龄期进一步增长,徐变变形增速减缓;在混凝土浇筑结束至龄期140d范围内,收缩徐变效应导致的预应力损失引起主梁最大下挠2.3mm,龄期达1000d时的主梁下挠最大值为4.0mm。

预应力混凝土现浇箱梁在高速公路工程中的应用

以某机场高速公路工程为例,研究预应力混凝土现浇箱梁在高速公路工程中的应用。依据工程设计情况,制定盘扣式支架现浇的预应力混凝土现浇箱梁施工方案,按照施工流程完成施工,并严格按照施工标准保证关键施工步骤的施工效果;计算施工后的承载力结果。测试结果表明,该施工工艺具有较好的施工效果,能够保证预应力混凝土现浇箱梁承载性,抗弯承载性和抗剪承载性的安全系数分别在1.85和2.32以上,满足施工标准。

预应力混凝土小箱梁病害成因分析及设计优化措施

预应力混凝土小箱梁桥由于运营时间长、养护不到位、设计与施工缺陷等因素,早期建造的小箱梁桥发生病害的现象较为普遍。文章基于大数据调研方法对小箱梁桥病害类型与成因进行了分析,发现小箱梁病害现象主要包括梁端腹板斜裂缝、顶板与底板开裂、横隔板开裂与桥面铺装开裂等。基于分析结果提出了相应的结构设计优化和桥面铺装优化措施,并基于Midas Civil软件对优化措施进行了验证。结果表明,提出的设计优化措施合理可靠,有效改善了小箱梁的整体和局部受力性能,降低了病害发生的风险。对于已发生病害的小箱梁桥,提出了粘贴钢板、体外和体内预应力张拉等3种加固措施,并通过现场静力试验从梁体受力状态、梁体刚度、预应力度和施工便捷度等4个角度对各加固方案的效果进行了对比,最终推荐采用粘贴钢板方法对发生病害的小箱梁进行加固。

预应力混凝土连续箱梁支架悬浇施工工艺研究

为提高箱梁支架的承载力,增强箱梁结构的稳定性,减少桥梁工程中存在的安全隐患,本文引入预应力混凝土悬浇施工原理,以某地区X桥梁工程为例,针对连续箱梁支架施工工艺展开研究。首先对连续箱梁边跨悬浇段进行处理,保证支架地基处理、支架搭设与支座安装的稳定性;然后计算连续箱梁支架承载力,避免支架在实际应用过程中受到的承载力超出其设计范围;最后采用预应力混凝土分层浇筑的方法,进行连续箱梁支架悬浇施工。结果表明:悬浇施工工艺使箱梁支架的顶板应力值由0.37 MPa提升到1.28 MPa,底板应力值由0.39 MPa提升至1.41 MPa,且在预应力荷载不断增加的条件下,箱梁支架未出现明显位移情况,箱梁结构较为稳定,可行性较高。

预应力混凝土小箱梁单梁静载试验研究

荷载试验作为桥梁交工验收的必要手段,可有效评价桥梁结构的整体受力性能、桥梁结构设计是否合理、桥梁施工质量情况、桥梁结构承载能力等,并为桥梁运营阶段的维修、养护和管理提供原始数据。本文通过对某公路实际桥梁预制的2片20m跨径预应力混凝土小箱梁进行单梁静载试验,现场测得2片小箱梁关键截面的挠度、应力数据以及裂缝发展情况,并结合相关标准规范,验证了现场预制的2片20m跨径预应力混凝土小箱梁的受力性能满足设计要求,进而判断桥梁结构刚度、裂缝、强度等指标满足规范要求,研究成果可为同类工程提供参考和借鉴。

基于反拉法的预制混凝土小箱梁锚下有效预应力损失影响因素研究

预制梁锚下有效预应力是反映结构工作状态的重要指标,准确识别梁体锚下有效预应力的大小可提高桥梁结构的安全性和使用性,但由于施工工艺、材料性能、环境等多因素的影响,导致预制梁锚下有效预应力在注浆之前就产生了一定程度的损失。为探索锚下有效预应力损失超量效应,以广东省肇庆市新桥大桥新建预制混凝土小箱梁为例,基于反拉法分析了梁体起拱度、分批张拉和时间效应对预制混凝土小箱梁锚下有效预应力的影响规律,针对各影响因素提出了相应的改善措施,尽可能保证了张拉后预制混凝土小箱梁锚下预应力的有效性,为施工张拉后锚下有效预应力损失的控制措施提供了指导与借鉴。

30 m预应力UHPC箱梁抗弯性能试验及结构优化研究

为了解大尺寸预应力UHPC箱梁的抗弯性能,以预应力UHPC公路桥——河北石磁跨线桥为背景,设计、制作1片长30 m的足尺预应力UHPC箱梁模型进行四点弯曲试验,结合有限元计算结果,分析试验现象及裂缝分布、跨中荷载~位移曲线、受拉区UHPC及筋材应力~应变曲线。在此基础上分别考虑普通钢筋配筋情况、预应力筋数、腹板厚度和底板厚度等参数对预应力UHPC箱梁进行结构优化设计研究。结果表明:箱梁破坏时受压区UHPC未压溃、受拉区钢纤维被拔出,裂缝贯通底板;根据荷载~位移曲线,箱梁受力可分为弹性阶段、裂缝发展阶段、裂缝快速发展阶段和破坏阶段;根据应力~应变曲线,受拉区UHPC在纵筋屈服时仍能贡献抗拉能力;试验现象及力学指标实测值均说明了预应力UHPC箱梁抗弯能力还有很大富裕空间,可进一步优化。完全不配置普通钢筋的预应力UHPC箱梁仍能满足抗弯承载能力极限状态设计要求;底部预应力筋数增多可有效提高受压区UHPC的抗压强度利用率;腹板厚度过薄会造成腹板主拉应力过大问题,不宜薄于8 cm;采用体外预应力的方法可有效减薄底板所需厚度。

预应力混凝土简支箱梁足尺模型试验及非线性全过程分析

对一片30 m跨的预应力混凝土小箱梁和一片20 m跨的预应力混凝土空心板进行了足尺模型试验,破坏模式分别为预应力筋拉断和顶板混凝土压碎,按能量的观点计算的延性指标小箱梁和空心板分别为1.99和1.23。基于平截面假定,采用有限条带法编制了非线性计算程序,可对包括卸载过程在内的全过程受力性能进行分析。重点介绍了卸载曲线如何在应力-应变、弯矩-曲率及荷载-位移3个层面进行计算。通过程序,对预应力筋配筋量、预应力筋张拉系数对结构的承载力、变形性能及延性的影响进行了分析。

危旧预应力混凝土箱梁承载性能足尺试验

为获得危旧混凝土桥梁的真实承载性能,通过对足尺危旧预应力混凝土小箱梁进行抗弯和抗剪承载性能试验,研究危旧预应力混凝土小箱梁受力退化行为。通过足尺危旧预制箱梁残余承载能力试验,量测分析了试验梁的荷载、挠度、应变、裂缝宽度等,对危旧小箱梁的残余抗弯、抗剪极限承载能力及刚度进行了分析,得出危旧预制箱梁抗弯、抗剪受力性能及破坏机理。将足尺试验结果与承载力计算值以及公路I级设计内力值进行比较,分析危旧混凝土小箱梁的实际承载性能。引入损伤折减系数,建立危旧混凝土箱梁极限承载力计算公式。试验结果表明:结构损伤降低了箱梁的承载性能,试验梁在未开裂阶段的挠度不满足公路桥规对活载刚度的验算要求,抗弯足尺试验得到的抗弯承载力与抗弯承载力计算结果基本相同,比主梁设计内力弯矩值高70%;抗剪足尺试验结果比主梁设计内力剪力值分别高32%和37%;引入损伤折减系数后的抗弯、抗剪承载力计算公式可以较准确的评估危旧混凝土小箱梁的承载能力,可为我国大量现役混凝土小箱梁的评估与维护提供参考。

预应力混凝土斜拉桥主梁边箱足尺模型试验

滨州黄河大桥主桥是3塔预应力混凝土斜拉桥,主梁是预应力混凝土箱梁。主梁标准段采用带分离式双边箱截面形式,两边箱之间由桥面板和横隔梁相连,横隔梁结构设置了横向预应力钢束。采用空间有限单元法,建立主梁标准节段的计算模型,对主梁边箱在横向预应力作用下的受力特性进行分析。通过标准梁段足尺模型试验,观测试验模型测点的应变以及模型表面混凝土裂缝的情况。

预应力效应对小箱梁纵向开裂影响分析

公路装配式预应力混凝土小箱梁纵向开裂问题较为普遍,纵向裂缝会严重影响结构安全及耐久性能,甚至降低桥梁结构承载力。本文以30 m装配式小箱梁为分析对象,根据后张法预应力对小箱梁梁体的作用机理,采用有限元软件ANSYS并基于等效荷载法,对预应力钢束张拉过程作用于小箱梁梁体的端部锚固力、曲线段径向力、管道偏差力等3种荷载引起的梁体竖向应力进行仿真分析。结果表明:端部锚固力引起的混凝土局部承压区竖向拉应力最大,达到1.503 MPa,发生在距梁端1.5 m附近截面;曲线段径向力引起的梁体竖向拉应力较小,可忽略其对纵向开裂的影响;在规范允许的施工误差范围±1 cm内,管道偏差力引起的梁体竖向拉应力介于0.610~3.250 MPa之间,可能导致梁体纵向开裂。

预应力混凝土箱梁爆炸损伤评估及公式拟合

对预应力混凝土箱梁进行爆炸损伤评估研究。首先,对矩形梁进行爆炸数值分析,结合现场试验结果验证了爆炸数值模型的准确性、可靠性。其次,基于箱梁剩余承载力,建立了箱梁爆后损伤评估准则。通过对预应力混凝土箱梁在不同爆炸工况下的爆后剩余承载力计算,建立箱梁各损伤程度下P-I(超压-冲量)曲线。研究发现,混凝土强度对箱梁超压和冲量临界值影响较大,钢筋屈服强度对超压和冲量临界值影响较小。随着结构损伤等级的增大,各参数对箱梁P-I曲线的影响幅度各不相同。最后,对不同混凝土强度箱梁中各损伤等级P-I曲线进行公式拟合,并对拟合参数β进行分析。