基于广义梁格法的整体化铺装加固空心板桥荷载横向分布系数计算方法

由于整体化铺装加固后的空心板桥的铺装层较厚、横向整体性更突出,因此荷载横向分布系数的计算必须考虑整体化铺装层的影响。基于此提出采用广义梁格法考虑整体化铺装层的影响,在足尺模型试验和有限元计算的基础上,对基于广义梁格法的整体化铺装层加固后的空心板桥荷载横向分布系数计算方法进行验证。结果表明,广义梁格法的计算结果可以准确考虑采用整体化铺装层加固空心板桥的荷载横向分布规律。不同宽度、不同跨径的空心板桥,铺装层的高度折减系数取值在0.5~0.8之间时,计算结果更加精确。桥越宽则折减系数取值越大,跨径越大则折减系数取值越小。

空心板桥跨中横向分布系数分析

为探索空心板桥横向分布系数的变化规律及影响因素,采用有限元分析软件Midas Civil 2020建立空心板桥的有限元模型,研究宽跨比及斜交角对装配式空心板桥横向分布系数的影响。结果表明:车辆荷载作用下,随着空心板桥宽跨比的增大,各板横向分布系数整体减小,车辆荷载作用的偏载侧板的横向分布系数变化较非偏载侧平缓;随着斜交角的变大,偏载侧板横向分布系数变大,非偏载侧板的横向分布系数变小;空心板桥斜交角不大于20°时,偏载侧各板横向分布系数增量均小于5%,在实际工程中可近似忽略,超过30°时对荷载分配影响较大,分析时不可忽略。

多主梁钢箱-叠合板组合梁桥成桥试验及构造参数研究

为了解多主梁钢箱-叠合板组合梁桥的受力特性及其影响参数,以某60 m跨多主梁钢箱-叠合板简支组合梁桥右幅桥为背景,开展成桥试验及有限元分析。对该桥分别进行静载试验、环境振动试验、无障碍行车试验,结合有限元计算结果,分析主梁应变、挠度、模态及冲击系数等,并研究钢箱梁高度、混凝土板厚、横向联系梁高度对结构横向受力的影响。结果表明:多主梁钢箱-叠合板组合梁桥在设计荷载下结构均处于弹性状态,钢箱梁与叠合板可以实现协同工作,整体性能良好;钢箱梁高度越小、横向联系梁高度越大,结构整体性能越好,混凝土板厚对结构横向受力的影响较小。

采用自平衡预应力中空管的混凝土梁预应力传递长度研究

针对传统短束预应力筋存在的问题,提出一种主要由中空管和穿过中空管的反力钢棒等组成的自平衡预应力中空管构造。为了解采用自平衡预应力中空管的混凝土梁的传力特性,采用有限元与试验相结合的方法分析锚垫板设置情况、混凝土强度、中空管尺寸、有效预应力对中空管预应力传递长度的影响,提出中空管预应力传递长度简化计算公式。结果表明:自平衡预应力中空管可作为有锚垫板的先张预应力钢筋传递预应力;预应力传递长度与中空管尺寸、有效预应力近似成正比,与混凝土抗拉强度近似成反比;现有国内外规范均不适用于中空管预应力传递长度的计算,所提出的简化计算公式计算的中空管预应力传递长度与实测值吻合良好;实桥应用结果显示采用自平衡预应力中空管的混凝土梁预应力传递特性和试验结果相符,预应力传递可靠。

空心板桥板桁组合加固设计及试验研究

为对空心板桥进行抗弯加固,提出一种新型加固方法——板桁组合加固法,在边板上增设钢筋混凝土桁架,通过植筋及新设桥面铺装与原桥连接来对桥梁进行整体加固。以底板出现横向裂缝的某6×16 m六跨钢筋混凝土简支空心板桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立一跨16 m空心板梁有限元模型,分析加固前、后桥梁的承载能力,并进行静载试验以验证加固方法的有效性。结果表明:加固后主梁的安全系数由1.03提高至1.31,在活载作用下主梁最大下挠值由3.84 mm变为2.36 mm,桥梁的第1阶模态自振频率提高了28.5%,提高了结构的抗弯能力和刚度;主梁挠度实测值与计算值最大误差12.0%,桁架最大拉、压应力实测值与计算值误差分别为7.1%和6.6%,主梁最大拉应力实测值与计算值误差13.7%,实测值与有限元模型计算值较吻合,表明加固桁架参与桥梁的协同受力。板桁组合加固法能有效提高空心板桥的承载能力和结构刚度,且施工简便,具有良好的经济性。

双向土工格栅处理桥头跳车的试验研究

为了研究桥头跳车问题,对采用双向土工格栅加筋与短搭板相结合的方法在武汉阳逻长江大桥接线上进行了实体工程试验研究,对桥头加筋和没有加筋路堤的分层沉降和地基沉降,以及路堤中的土压力进行了对比观测。建立了考虑土工格栅-土界面接触特性的有限元模型,分析了双向土工格栅加筋层数、层间距、格栅的抗拉模量,桥头路堤填土的模量、粘聚力、内摩擦角和地基土的力学性质时桥头路堤沉降的影响规律。结果表明,采用双向土工格栅加筋和短搭板相结合的方法,可以达到消除桥头跳车的目的;从桥头路堤表面向下以一定层间距布设加筋层,随加筋层数的增多(加筋深度随之增大),外荷引起的附加剪应力能向更深处传递,是加筋效果提高以致桥头差异沉降减小的重要原因,但最大有效加筋深度约为2.5～3.6m;当格栅层数一定时,如果采取等间距布置,适中的层间距时桥头路堤沉降最小;增加填土的弹性模量和内摩擦角或土工格栅的刚度,可以有效降低双向土工格栅加筋的桥头路堤沉降。

铁路空心墩寒潮作用下温度应力场试验研究

为改善寒潮作用引起的空心墩外表面混凝土受拉甚至开裂,以新杨家湾特大桥7号墩及牛角坪特大桥3号墩为工程背景进行铁路空心墩在寒潮作用下温度与应力场的试验研究。分别对两桥墩缩尺模型进行试验,采取从内部加热的方法模拟寒潮对桥墩混凝土的作用,并根据试验测得的寒潮温度场,采用有限元软件ANSYS分析桥墩模型相应的寒潮温度应力。模型试验结果与有限元分析结果一致表明:寒潮降温越快,对空心墩墩壁温度场影响深度越浅,桥墩外表面拉应力越大,越有可能造成表面开裂。

预应力混凝土空心墩拟静力试验与数值分析

为研究预应力混凝土空心墩的抗震性能,对4个空心墩模型进行拟静力试验研究,并基于试件的破坏特征、滞回性能等试验结果,利用OpenSees软件,采用纤维梁柱单元模拟各空心墩在拟静力荷载下的力学行为,对比分析预应力混凝土整体式空心墩、装配式空心墩与钢筋混凝土空心墩的拟静力行为。结果表明:在钢筋混凝土空心墩中配置竖向无粘结后张预应力筋,可提高其刚度与水平抗力,增强滞回曲线的捏缩效应,减小残余位移,对累积滞回耗能影响不大;与整体式空心墩不同,添加耗能钢筋的预应力装配式空心墩没有出现明显的塑性铰区,曲率分布和剪切错动主要集中在墩底接缝处,滞回曲线呈明显的捏缩状,损伤程度较轻,其刚度、累积滞回耗能分别约为钢筋混凝土空心墩的100%、73%;建议的模型和方法能较准确地预测预应力空心墩的拟静力行为。

碳纤维布加固预应力混凝土空心板桥极限承载力全过程分析

对采用碳纤维布加固后的装配式预应力混凝土空心板桥进行极限承载力分析。采用MIDAS/FEA有限元软件建立计算模型,考虑材料的非线性,计算空心板在4种工况下的极限承载力。计算结果表明:采用碳纤维布加固空心板桥,改善了空心板的受力性能,提高了空心板的屈服荷载和极限荷载;空心板的屈服荷载和极限荷载随碳纤维布用量的增加呈非线性增大;加固后的空心板挠度明显减小,空心板变形得到有效的控制。

新型混凝土空心楼板保温节能效应研究

新型混凝土空心楼板是在混凝土板中埋入永久性球状内部空腔的新型结构体系,通过对新型混凝土空心楼板温度场的计算分析确认了该新型混凝土空心楼板的保温节能效应,以及板厚和填充球间距对楼板保温性能的影响。分析结果表明,内嵌球状填充物的新型混凝土空心楼板保温节能效应优越,保温效果随填充球间距的减小而增加,保温持续时间随板厚的增加而增加。

装配式空心板桥荷载横向分布计算方法比较分析

以铰接板理论为基础,结合空间梁格法和实体有限元法,对装配式空心板桥荷载横向分布计算方法进行了分析。比较了各计算方法的计算结果之间的差异,阐述了误差产生的原因,探讨了各计算方法的准确性和适用性,并给出了合理的建议。研究结果表明:不考虑边板、中板截面几何特性的差异会导致边板荷载横向分布系数减小而偏不安全;实体有限元法计算结果准确,与之相比,铰接板(梁)法和空间梁格法均存在误差。

桥面铺装对简支空心板桥受力行为的影响研究

为了研究桥面铺装层对简支空心板桥受力性能的影响,将有限元计算结果与实桥静载试验结果进行了对比,分析了考虑及不考虑铺装层两种情况下的空心板桥在受力行为上的差异,研究了设有不同设计参数或状态铺装层的空心板桥受力特性的差异及其变化规律;研究结果表明铺装层可以有效地削减简支空心板桥的反应;通过加厚铺装层、增强连续性可以改善空心板桥的受力,其中采用桥面连续结构方法效果更为明显.研究结果对同类桥梁设计有一定的借鉴意义.

横向体外预应力加固装配式空心板桥的探讨

采用数值仿真方法对影响装配式空心板桥加固效果的一些因素进行研究。利用有限元程序MIDAS/Civil建立装配式预应力混凝土空心板桥整体计算模型,探讨空心板桥纵向不同位置处施加横向体外预应力的加固效率以及桥梁宽跨比不同时的加固效果。计算结果表明:空心板桥在跨中处施加横向体外预应力的加固效果较两端位置明显;桥梁宽跨比越小,加固效率越高。所得结论对该加固方法在工程中的应用有参考价值。

型钢-混凝土组合加固装配式空心板梁桥铰缝破坏模式及工作性能研究

为解决装配式空心板梁桥铰缝失效而产生单板受力难题,采用型钢-混凝土组合加固(顶板加固法)装配式空心板梁桥铰缝,以浙江省高速公路某13m装配式空心板梁桥为背景,对加固后铰缝破坏模式及工作性能进行研究。采用有限元软件分别建立铰缝局部(试件)有限元模型和空心板梁整体有限元模型,分析破坏状态下铰缝试件的应力特性和裂缝发展情况,计算跨中偏载作用下空心板梁的挠度特性、应力特性以及荷载横向分布系数变化规律。结果表明:型钢-混凝土组合加固能改变铰缝的传力方式,加固后铰缝破坏模式由弯剪破坏变为弯曲破坏;型钢-混凝土组合加固能显著改善铰缝的工作性能,提高空心板梁桥的承载能力以及加载刚度,促进多片板梁的协调变形,有效减小加载区域板梁与邻近板梁的荷载横向分布系数差异,避免出现单板受力;加固后的装配式空心板梁桥荷载横向分布系数理论计算建议采用刚接板梁法。

某大跨异型现浇预应力混凝土空心板结构分析

为准确计算空心板结构在荷载作用下的内力和变形,对比分析了采用拟板法、拟梁法、密肋梁法等简化计算模型与有限元实体分析模型的计算结果。结果表明,混凝土空心楼盖采用填充箱体对称布置时有着很好的各向同性性能,采用拟梁法和密肋梁法计算与框架柱相连的暗梁或拟梁时,其计算结果往往偏大很多,不宜直接采用。在此基础上,并进一步探讨了预应力筋的布置原则与方法。

碳纤维布加固预应力混凝土空心板桥力学性能分析

利用Midas/FEA有限元软件对承载能力不足的装配式预应力混凝土空心板桥,进行了碳纤维布和预应力碳纤维布加固后的力学性能分析.计算结果表明:采用碳纤维布加固可以使空心板的承载能力得到提高,受力性能得到改善;加固后空心板的钢绞线及混凝土的应力都有所减小,挠度明显减小;裂缝在空心板截面上的发展高度明显降低,虽然裂缝的数量增多,但碳纤维布有效地抑制了裂缝的发展,使其间距变小、分布均匀;采用预应力碳纤维布加固空心板桥,其各项性能均优于普通碳纤维布加固空心板桥,且可以使碳纤维布的高强性能得到充分发挥.

同济路立交桥空心板梁桥加固方案比选

上海同济路立交桥空心板梁在运营多年后出现了纵向贯穿裂缝及大量铰缝破坏,为修复桥面病害,提出了常规加固方案(厚11cm的普通混凝土铺装层)与超高性能混凝土(UHPC)薄层加固方案(厚8cm的普通混凝土铺装层+厚3cm的UHPC铺装层)2种加固方案。为选择合理的加固方案,采用有限元分析软件MIDAS FEA建立了局部及全桥模型,分析了2种方案下空心板梁的破坏模态和桥面铺装层应力,并进行了悬臂梁模拟加载试验。结果表明:UHPC薄层加固方案可以大幅提高结构的极限承载力,较常规方案铺装层的承载力提高85.5%,且能够保持板梁的横向整体受力。因此,该桥选择UHPC薄层加固方案进行维修加固。

非规则现浇预应力混凝土空心板的有限元分析

考虑预应力混凝土空心板的构造特点 ,推导了进行板内力分析的各向异性有限元法公式。用在此基础上编写的壳体有限元分析程序进行算例比较 ,说明了采用各向异性四边形壳体有限元分析现浇预应力混凝土非规则空心楼板的必要性与可行性。

横隔板设置对斜交空心板抗扭性能的影响研究

针对采用聚苯乙烯泡沫塑料内膜并设置横隔板的斜交空心板桥进行了抗扭性能分析:采用空间实体单元建立斜交空心板空间有限元模型,并在空心板的端部和跨中分别设置了横隔板,通过对l/8截面、l/4截面、3l/8截面和跨中截面的扭转角和l/4截面位移云图的对比,分析横隔板设置对斜交空心板抗扭性能的影响.研究结果表明:设置端横隔板可以有效改善斜交空心板截面的扭转性能;设置端横隔板后再增设中横隔板仅对跨中截面的扭转变形有改善作用,而对远离跨中的其它截面影响很小.

装配式空心板梁桥加固方法研究

针对目前装配式空心板梁桥在使用过程中由于"单板受力"现象而出现的铰缝病害,利用有限元软件ANSYS建立装配式简支预应力混凝土空心板梁桥计算模型,对施加体外预应力大小、预应力筋顺桥向布设位置、预应力筋距梁底距离、铺装层厚度以及铰缝深度作了研究,并以加固前后荷载横向分布影响线的变化为评价标准,分析了不同方法的加固原理及加固效果。得出了采用相应加固方法可以显著增加空心板梁桥的横向联系和整体性,有效改善"单板受力"这一病害。