锚下控制应力对PC小箱梁裂缝发展的影响及控制方法研究

锚下控制应力变化引起的PC小箱梁裂缝的产生及发展贯穿于PC小箱梁的施工及运营阶段,这大大制约了PC小箱梁的正常承载能力及安全性能。为改变这一局面,通过综合采用现场试验测试和数值分析的方法,对锚下控制应力引起的PC小箱梁裂缝产生及发展的成因机理及控制方法开展了研究。通过对施工张拉阶段锚下控制应力变化情况进行监测,分析了完全张拉、超张拉及张拉结束后等不同阶段PC小箱梁锚下控制应力的变化规律。采用数值模拟的方法,综合考虑PC小箱梁的成桥状态以及单梁状态,其中单梁同时考虑竖向温度梯度可能对结构产生的影响,分析了不同阶段锚下控制应力变化下PC小箱梁竖向位移、应力与裂缝产生的内在联系。将数值分析结果与现场实测数据进行了对比。从而分别从设计、施工及运营等方面对PC小箱梁桥开裂的主要成因进行了探讨。结果表明:PC小箱梁在施工阶段,预应力损失及超张拉等因素会对箱梁开裂产生一定程度的影响;根据分析结果针对性提出的PC小箱梁裂缝控制措施,可减少预应力损失以及超张拉等因素可能产生的影响,从而提升其预应力施工及运营质量控制水平。这都将进一步减少锚下控制应力变化对PC小箱梁结构安全性的影响,从而整体提升PC小箱梁裂缝控制水平。

PC小箱梁开裂机理有限元仿真分析

以福建省某30米跨径预制小箱梁桥为依托实例,利用Midas Fea土木专用非线性软件对PC小箱梁在施工期间预应力的偏位及预应力偏位与超张拉综合作用是否会导致箱梁底板产生纵向裂缝进行了仿真分析计算,通过对不同预应力偏位程度及超张拉多种分析工况的计算结果分析比较,研究PC小箱梁开裂原因,为PC小箱梁混凝土防裂提供理论依据。

装配式预应力混凝土小箱梁桥病害分析及优化设计

装配式预应力混凝土小箱梁桥在使用过程中,箱梁的腹板、顶板、底板、横隔板、桥面铺装等部位常出现不同程度的开裂,削弱了其耐久性和安全性。通过大量工程实例,结合部颁通用图分析认为,上述病害的产生与箱梁板件厚度、横隔板设置、保护层厚度、负弯矩区预应力钢束锚固构造、普通钢筋配置、施工质量以及超载等因素相关。以石首长江公路大桥引桥及接线桥为背景,针对以上因素提出相应的优化措施以减少相关病害的出现。以通用图中26 m宽路基、4×25 m先简支后连续小箱梁为例,量化分析优化前、后设计性能的改善,结果表明:优化后的小箱梁在承载能力、抗裂性能、结构刚度等方面均有所提升。这些优化措施已应用于石首长江公路大桥引桥及接线桥。运营情况表明,优化措施对提高装配式预应力混凝土小箱梁桥的使用性能和改善其耐久性起到了很好的作用。

组合加固足尺预应力混凝土箱梁抗弯性能试验

为解决危旧混凝土梁桥结构性能显著下降的问题,采用足尺试验研究了应用钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁的抗弯承载性能;对2片20m跨径钢板-混凝土组合加固足尺梁进行抗弯承载性能试验,并与1片未加固足尺梁和1片预应力CFRP加固足尺梁的抗弯承载性能试验结果进行对比,分析了足尺预应力混凝土小箱梁组合加固后的抗弯性能,研究了加载全过程跨中截面的加固钢板、原梁主筋、顶板混凝土和钢筋与连接构造的应变变化规律;基于足尺试验结果,建立了钢板-混凝土组合加固预应力混凝土小箱梁抗弯承载力简化计算公式。研究结果表明:钢板-混凝土组合加固梁在破坏时表现出明显塑性破坏特征;与未加固梁相比,钢板-混凝土组合加固足尺试验梁的极限承载力实测值提高了76%以上,在正常使用阶段下的刚度提高1倍以上,因此,组合加固能显著提高预应力混凝土箱梁的承载性能;受力过程中试验梁跨中截面应变分布符合平截面假定;组合加固部分与混凝土箱梁腹板纵向相对滑移小于0.6mm,因此,钢板-混凝土组合加固后的试验梁整体工作性能较好;足尺试验得到的极限承载力与简化公式计算结果的比值分别为1.06和1.01,因此,简化公式可靠,可用于组合加固预应力混凝土箱梁的承载性能计算与分析。