PC箱梁桥火灾爆炸联合作用下损伤效应研究

利用ANSYS/LS-DYNA建立了预应力混凝土(prestressed concrete,PC)箱梁桥三维有限元模型,采用隐式分析方法对PC箱梁桥进行单独火灾分析,得到其在不同时刻下的温度及热应力的分布特征,采用显式分析方法对PC箱梁桥进行单独爆炸分析,得到其在不同爆炸当量下的局部破坏特征以及整体位移情况.随后,对综合考虑高温和高应变率效应的混凝土本构模型和钢材本构模型进行试验验证,在得到可靠性结果的基础上对PC箱梁桥进行火灾爆炸联合作用分析.结果表明:发生桥上火灾时,桥面板的热应力重分布现象应该得到关注,桥上火灾热应力随着燃烧时间的推移,顶板和翼缘板应力下降程度要大于腹板上方混凝土应力下降程度,桥面板的热应力使得在爆炸的过程中会出现小当量炸药也能造成箱梁顶板严重局部损伤的现象.发生小当量爆炸时,若燃烧持续时间较短,材料产生的高热应力起主导作用,从而在后续爆炸过程中对顶板造成严重的局部损伤,但整体位移与常温爆炸相似;若燃烧持续时间较长,材料的高温软化效应起主导作用,顶板损伤情况有所减小,但整体位移会增大.发生大当量爆炸时,无论是材料产生的高热应力还是材料的高温软化均会造成箱梁顶板的严重破损,冲击波在箱梁的聚集作用下冲击底板与腹板交界处,最终底板坍塌.从热应力分布现象和爆炸局部破坏特征来看,单箱多室的箱梁桥可以适当提高抗爆性.

Flexural failure experiment on cracked PC simply supported box girders

Long-term load and flexural failure experiments are carried out on two prestressed concrete(PC) simply supported box girders. In the long-term load experiment, girder-1(G1) is in an elastic state, while girder-2(G2) is in a cracking state. To investigate the influence of cracking on the flexural behaviors of PC simply supported box beams, the experiment results are analyzed from many aspects, such as load–deflection, load–strain, and failure mode. Experiment results show the following: 1) the shrinkage and creep of concrete have considerable influences on the long-term deflection and strain of the two girders; 2) in the flexural failure experiment, the cracks and ultimate loads of the two girders are close. The rigidity degeneration of G2 is significantly faster than that of G1, and thus G2 shows nonlinear characteristics earlier; 3) to prove the validity and rationality of the current code, the cracking load and ultimate load of the two girders are calculated according to the current code.

基于响应面法的PC 箱梁桥病害成因敏感性分析

基于响应面法通过抽样计算有限元模拟结果,建立了预应力混凝土(Prestressed Concrete,PC)连续箱梁桥典型病害的函数关系,研究PC连续箱梁桥开裂和下挠的病害成因以及影响因素权重。响应面方程包含7个结构参数和4个结构响应,从敏感因子和敏感百分比分析病害成因和影响因素的关联性。结果表明:悬臂顶板束、中跨合龙束和腹板束预应力损失是造成箱梁挠度过大的主要原因,三者的敏感百分比分别为35.0%、21.7%和19.9%。中跨合龙束和悬臂顶板束预应力损失是造成跨中箱梁底板横向裂缝的主要原因,二者敏感百分比分别为46.1%和36.1%。悬臂顶板束预应力损失是造成墩顶箱梁顶板横向裂缝的主要原因,敏感百分比达到67.8%。腹板束、悬臂顶板束、中跨合龙束和竖向预应力束的预应力损失是造成腹板斜裂缝的主要原因。

波形钢腹板PC预制箱梁桥结构力学特性分析

为研究波形钢腹板PC预制箱梁桥结构力学特性,以一座波形钢腹板预应力混凝土预制箱梁桥为例,借助大型专用有限元软件,建立了结构数字孪生模型,进行波形钢腹板验算分析,开展了静动载试验,对主梁挠度、应变和动力性能的实测值与理论值进行对比验证。结果表明,装配式预应力混凝土波形钢腹板先简支后连续箱梁具有优良的受力性能,桥梁结构在静力荷载作用下工作良好,实测的振动时域曲线与连续梁桥的振动规律一致,具有合理的振动时域、频域曲线、阻尼比及冲击系数,说明该桥的理论刚度小于整体刚度,满足设计要求。此研究有助于剖析波形钢腹板PC预制箱梁桥的实际受力性能并进行承载能力评价,对于波形钢腹板PC预制箱梁桥的建造与应用具有工程参考价值。

波形钢腹板PC组合箱梁桥施工仿真及监控分析

波形钢腹板PC组合箱梁桥在施工阶段结构受力状态较为复杂,为确保在施工过程中安全可靠,建立桥梁结构施工仿真计算模型,模拟主梁在不同施工阶段的施工过程,结合桥梁悬臂施工位移监测方法及混凝土结构应力测量原理,对比分析有限元仿真结果与实际监测数据。结果表明,理论数值和实测数据吻合度较高,建立的施工仿真模型能够较好地反映实际桥梁的受力状态,主梁结构应力和线形均满足设计要求。

静载作用下单箱八室波形钢腹板PC箱梁桥腹板剪力分配规律研究

波纹钢腹板PC组合箱梁桥在国内外应用广泛,但针对大跨径、复杂截面工程的实际力学性能,仍需要进一步深入研究。为探究对称(偏心)荷载作用下波形钢腹板PC箱梁桥多道波形腹板间剪力分配规律,判断个别腹板可能出现的极端受力状态,针对郑州市某工程单箱八室变截面波形钢腹板PC组合箱梁桥进行实桥试验研究,并建立实桥有限元模型,通过静载试验现场实测数据,得出其不同腹板间的剪应力分配规律,并与有限元计算分析结果相互验证。研究结果可为工程设计中明确不同状况下腹板配置差异和消除工程隐患提供参考。

山岭重丘区波形钢腹板PC桥高墩超长边跨直线段施工技术

基于湖北省保康至神农架高速公路箱梁施工工程,对波形钢腹板PC桥超长边跨直线段施工工艺进行创新。该方法主要包括四个步骤,分别为:托架安装、首段边跨现浇施工、波形钢腹板预合龙和剩余边跨直线段浇筑。托架安装包括将边跨直线段划分为两个施工段,两侧对称预埋安装托架并加载预压以作为第一个施工段的支撑平台;首段边跨现浇施工包括安装波形钢腹板并浇筑设定长度的边跨现浇段;波形钢腹板预合龙包括安装边跨合龙段波形钢腹板,使其与两侧的波形钢腹板相连接而形成边跨通道;该通道能够支撑挂篮移动,待其移动锚固到位后进行钢筋及预应力施工,浇筑剩余边跨直线段。该施工工艺可有效解决传统大托架等制成方式中耗工、耗材、安全性较低的问题。

西十高铁汉江特大桥主桥设计

西十高铁汉江特大桥主桥为主跨420 m的梁桁组合结构双塔斜拉桥,采用半飘浮体系。主梁采用钢桁加劲PC箱梁,梁高3.0 m,桥面全宽17 m。PC箱梁采用C55混凝土,单箱四室等高截面,加劲桁采用渐变三角桁式,材质为Q370qE钢,桁高9.4 m。斜拉索采用标准抗拉强度1770 MPa的镀锌平行钢丝,双索面扇形布置。桥塔采用花瓶式钢筋混凝土框架结构,塔高186.5 m,基础采用∅3 m的钻孔灌注桩,按长短桩设计。结构受力分析结果表明:该桥力学性能指标均满足相关规范要求,整体刚度性能优越,具有良好的颤振稳定性,设置的风嘴能有效抑制涡激振动,采取加劲钢桁上弦杆灌注混凝土、延迟铺轨时间等措施能有效控制主梁的收缩徐变,桥面线形满足铺设无砟轨道的要求。

双线铁路整体PC箱梁上拱度分析

由于混凝土的徐变效应,预应力混凝土简支箱梁桥的梁体在预应力荷载作用下的上拱变形缓慢发展,因而对桥梁设计及施工中的徐变变形分析尤为重要。如果对于徐变变形的预测不准,在运营阶段梁体徐变变形的发展将会引起桥面的立面线形不平顺,严重影响行车安全和旅客舒适度,甚至将造成梁体上拱度过大而无法使用。在高速铁路上这种影响显得尤为突出,应予以足够重视。本文针对某双线铁路就地浇筑的预应力混凝土整体箱梁,采用MIDAS/Civil结构分析软件,结合国内外几种规范中徐变系数的计算公式,计算在施工阶段的预应力张拉、落梁和铺砟后的荷载作用下梁体的变形,并将其与现场实测的数据比较。通过现场实测变形与理论分析结果的对比得出,采用我国现行铁路规范的计算值与实测值吻合良好。

高速铁路大跨钢桁加劲PC箱梁斜拉桥设计关键技术研究

为研究梁-桁组合结构在高速铁路大跨斜拉桥中的适应性,以西十高铁汉江特大桥(主跨420 m钢桁加劲PC箱梁斜拉桥)为背景,对该类桥梁的设计关键技术进行研究。分析加劲钢桁合理设置范围和高度、徐变变形控制措施、合理结构体系与支承体系以及合理成桥状态。结果表明:全桥设加劲钢桁可以有效减少主梁徐变变形;桥塔徐变对主梁工后变形影响较大,约占38%,而主梁徐变对桥塔塔顶纵向位移的贡献约占89%;适当增加梁高、塔高,可降低主梁徐变变形,但降低幅度不到10%;加劲钢桁内灌注混凝土可减小主梁跨中徐变变形27%,推迟铺轨时间90 d可减小主梁工后变形14%;边跨采用双辅助墩方案有利于提高结构整体刚度并改善塔、梁受力;主梁梁端位移及塔底弯矩均随墩梁间黏滞阻尼器阻尼系数C增加而减小,对于给定C值,速度指数α越小,梁端位移及塔底弯矩的控制效果越好;双辅助墩方案及塔偏梁拱的成桥状态较为合理。

PC箱梁墩顶块水化热温度冲击模型及空间仿真

针对目前PC箱梁墩顶块在施工过程中由于水化热导致出现裂缝现象,结合实际工程,综合考虑混凝土密度,比热容,热传导系数的温度时变效应,建立水化热温度冲击模型,采用单元生死技术和子模型技术对PC箱梁墩顶块水化热温度场进行空间数值仿真。经与实测数据对比说明:水化热温度冲击模型准确、实用;腹板与底板、腹板与顶板、腹板与横隔板交合处混凝土浇筑量较大,产生大量水化热,导致浇注温度很高;并向表面依次降低,由里及外温度梯度分布宽度逐渐小;采用单元生死技术能有效模拟混凝土箱梁分层浇筑或多层浇筑;子模型技术适合PC箱梁墩顶块局部精细分析,可解决单元划分所导致的复杂结构水化热热量传导梯度过大及阶跃现象。该成果对工程实际具有一定的参考价值。

基于不确定性分析的大跨径PC箱梁桥后期备用束设计

介绍了大跨径PC箱梁桥时变效应的不确定性分析方法,在数值模拟中采用了拉丁超立方抽样(LHS)方法,减少了抽样次数,对实桥的长期变形进行了预测,并给出了具有一定置信水平的长期变形区间。对体外备用束的布置方案进行了对比,并根据长期变形置信界限值与确定性计算值的差值确定后期备用束的数量。结果表明:布置体外顶板束和折线束对改善长期下挠病害比较有效。

波形钢腹板PC箱梁人行桥的设计与施工

波形钢腹板PC组合箱梁结构恰当地将钢、混凝土结合起来,提高了结构的稳定性、强度及材料的使用效率。该文介绍了我国第1座波形钢腹板PC箱梁桥的设计和施工。

波形钢腹板PC组合连续箱梁人行桥设计介绍

通过对波形钢腹板PC组合连续箱梁人行桥的设计介绍,讨论了我国第一座在建的波形钢腹板PC组合连续箱梁人行桥的波形钢腹板、剪力连接件等的设计,结构分析及施工中应注意的问题,为该结构在我国桥梁工程中的应用提供一些设计经验。

PC箱梁体外预应力加固的非线性分析

由于在役桥梁存在不同程度的病害,桥梁结构会产生一定的损伤,所以为保证安全性需要对这些存在病害的桥梁采取加固措施。体外预应力加固技术对提升钢筋混凝土桥梁的工程性能具有显著优势,从PC箱梁体外预应力加固的抗弯分析和非线性模拟展开研究,引入车道荷载系数β,通过验证车道荷载系数的取值,证明采用体外预应力加固满足设计荷载要求。之后对某PC箱梁桥的体外预应力加固工程进行了设计计算,对桥梁的加固效果进行对比分析,得出桥梁非线性条件下的工作状态。计算结果表明:通过体外预应力加固措施,桥梁的承载能力、挠度和裂缝加固效果均得到了明显提升。

大跨梁桁组合结构高铁斜拉桥主梁施工方案比选

西十高铁汉江特大桥主桥为(67+70+73+420+73+70+67) m斜拉桥,主梁采用预应力混凝土箱梁和加劲钢桁架组成的梁桁组合结构,钢桁架下节点与预应力混凝土箱梁采用PBL键连接。边跨及塔区混凝土主梁采用支架现浇施工,为选择合理的中跨混凝土主梁施工方案,提出5 m节段悬浇施工、10 m节段悬浇施工、5 m节段预制悬拼施工3种方案,从建设条件、结构受力、行车动力性能、桥面线形、施工工期和投资等方面对3种方案进行对比。结果表明:5 m节段预制悬拼施工方案的工期最短,但投资最高,且受建设场地和运输条件的制约;节段悬浇施工技术成熟,技术风险及质量风险低,相比5 m节段,10 m节段悬浇施工方案虽然投资略高,但能够有效节省工期达5个月,且结构受力性能、行车安全性及舒适性、桥面线形均满足相关要求,在保证施工监控精度的前提下,成桥线形也在可控范围内,该桥最终选择10 m节段悬浇施工中跨混凝土主梁。

PC连续箱梁悬臂段空间效应的影响参数研究

为了分析采用移动模架法进行逐段现浇的PC(Prestressed Concrete)连续箱梁悬臂端底板出现纵向裂缝的原因,结合工程实例,采用有限元方法建立了3种不同计算模型进行比较,确立了一种高效而又精确的有限元计算模型,并通过对箱梁悬臂段空间效应及相关影响参数的研究,分析了底板纵向裂缝的形成原因。研究表明:端部预应力纵向分量和门形吊架支反力是导致悬臂端底板横向拉应力过大而出现纵向裂缝的主要因素。简单地采用增加底板宽度、厚度等措施并不能有效降低悬臂端底板横向拉应力,必须从结构、力学及材料3个方面采取综合的裂缝防治措施。

横向裂缝对PC箱梁结构的影响

针对PC箱梁结构正弯矩区段开裂后力学性能复杂、承载力评估困难的问题,利用裂缝参数统计方法,将正弯矩区段的实际横向裂缝转化为统计意义下的平均裂缝,运用数值方法对该统计裂缝进行模拟,通过对比开裂前后的分析结果,以达到评估开裂结构的目的,并对实际开裂的桥梁进行了对比分析。结果表明,开裂后箱梁结构的承载力只为原设计状态的80%。

波形钢腹板PC组合箱梁桥的建造

通过对法国Cognac桥的介绍,简述了波形钢腹板PC组合梁桥的构造和施工方法,介绍了我国在建的波形钢腹板PC连续箱梁桥——长征桥的主梁结构,波形钢腹板和剪力连接设计与加工,以及桥梁的施工过程。

波形钢腹板PC组合箱梁剪力滞效应的变分解法

为分析波形钢腹板PC组合箱梁的剪滞剪切变形效应,提出选取广义位移φ(x)、w′(x)、u_1(x)、u_2(x)、u_3(x)作为5个独立的变量,采用反映底板、顶板和悬臂板不同宽度的剪滞变化幅度的多次抛物线作为纵向翘曲位移差函数,运用能量变分原理导出了基于多广义位移的基本微分方程及相应的边界条件,并得到相应的解析解.通过有限元法和模型试验验证了本文方法的正确性,得到的公式比以往剪力滞理论更具有一般性,为波形钢腹板PC组合箱梁剪力滞效应的分析提供有效手段和方法.