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。

二次受力粘钢加固PC箱梁力学性能研究

为解决国内PC箱梁桥腹板粘贴钢板抗剪加固后在正常使用状态下缺乏明确设计理论的问题,从PC箱梁腹板粘贴钢板对其抗弯刚度和斜裂缝宽度的影响为切入点,采用线性叠加原理、刚度分配理论研究了PC箱梁受弯构件腹板粘贴钢板加固后二次受力状况下加固构件的抗弯刚度与斜裂缝宽度计算方法,通过Abaqus仿真分析软件,建立了二次受力状况下PC箱梁桥的实体有限元模型,并将模拟结果与理论计算结果进行了比较。结果表明:当腹板斜裂缝宽度较大时,可以忽略腹板混凝土的抗弯刚度,理论公式计算结果与有限元模拟结果相近,抗弯刚度计算公式初步可用;针对斜裂缝宽度的计算,通过荷载-裂缝宽度影响曲线发现,当荷载小于某临界值时,荷载与斜裂缝宽度近似呈现出线性相关规律,此时可利用刚度分配理论对斜裂缝宽度进行计算,但当荷载增大到一定程度时,结构发生二次应力重分配裂缝发展出现明显拐点,刚度分配理论不再适用,此时建议采用较大的裂缝修正值。综上所述,当裂缝宽度在某限值之下时在荷载作用下钢板、混凝土、箍筋传力机制比较明确,线性叠加原理、刚度分配理论可以适用,一旦裂缝宽度超过限值,钢板对裂缝发展的抑制作用明显减弱,传力机制较为复杂,以上理论不再适用。

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。

PC箱梁损伤演化声发射监测及破坏试验研究

为了研究预应力钢筋混凝土(PC)箱梁损伤演化的声发射特性,开展了PC箱梁的静力破坏试验。综合采用常规应力、应变和挠度测试技术,记录了加载过程中PC箱梁主要位置混凝土、普通纵筋和箍筋的应变情况、梁体挠度及声发射信号,以全面分析PC箱梁损伤演化过程中的声发射特性。采用声发射特征参数分析方法(包括计数-幅值、能量-平均频率和幅值-持续时间的关联分析及b值分析法),获取了该结构表面裂纹出现、弹塑性工作状态转变点和结构破坏的声发射信号特征。试验结果表明:PC箱梁试验过程以中低幅值(40~80 dB)和低频(20~80 kHz)声发射信号为主,斜截面开裂后,平均频率逐渐向较高频率转移;斜截面开裂对应的荷载阶段(355~410 kN),各幅值范围下的总计数突然呈倍数增加,声发射活性突然增强,且相对正截面开裂时声发射信号更活跃,说明斜裂纹越多释放出的声发射信号更强,且更易被识别出;临近破坏前,大于140 kHz的能量占比急剧增加,超过10%,该特征变化可作为试件破坏的前兆;幅值随持续时间的分布从分散趋于集中时预示试件进入弹塑性工作状态;b值出现极小值时预示试件出现弯曲开裂,且随荷载持续增加过程是弯剪开裂过程,b值分析法能良好地反映出PC箱梁结构损伤演化过程。

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。

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。

波形钢腹板PC组合箱梁桥新型异步施工受力性能研究

为进一步推广波形钢腹板PC组合箱梁桥的应用范围,在实桥中采用了一种新型异步悬臂浇注施工方法,提升波形钢腹板PC组合箱梁桥的施工水平,以体现该桥型的经济效益。以工程实桥为研究对象,对比分析了传统挂篮施工法与异步浇注法的工艺流程及经济性指标。基于大型有限元程序ANSYS,建立了该桥的精细化有限元计算模型,对施工全过程结构关键截面的受力进行了详细分析,并与实时监测应力进行了对比研究。研究表明,异步悬臂浇注法工艺流程简洁、工期短、经济性指标高,具有传统挂篮施工法无可比拟的优越性;异步施工法施工全过程中结构应力变化合理,始终处于安全范围内。

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。

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。

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。

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。

PC箱梁竖向预应力张拉锚固阶段应力损失研究

为了分析PC箱梁张拉锚固阶段的竖向预应力损失,以2座实桥为例,进行了箱梁竖向预应力损失测试,对这2座桥梁竖向预应力损失进行有限元和解析法的求解,在此基础上与实测数据进行了对比;结合实例桥竖向预应力损失试验的现场经验,分析了造成张拉锚固阶段竖向预应力损失的多种因素及其影响程度。结果表明,锚具变形、钢筋回缩和接缝压缩引起的应力损失是张拉锚固阶段主要应力损失;预应力损失与施工质量有着密切关系,且在施工质量得到保证的条件下,实施二次张拉对控制锚固损失是非常有效的。

基于预应力混凝土组合单元的PC连续箱梁桥混凝土徐变效应研究

为了分析混凝土徐变效应对其空间受力行为的影响,研究过程中首先结合预应力混凝土组合单元,推导了复杂应力状态下混凝土徐变等效节点荷载的递推计算公式,开发了徐变计算的有限元程序。以典型PC连续梁桥为例,进一步研究了混凝土徐变对结构影响规律,发现不同规范徐变计算模式的差别、主梁挠度变化特征和机理、运营期内顶、底板正应力和腹板主应力的重分布特点,并对预应力束合理布置提出了建议。

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。

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。

单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁桥试验

为了解多室箱波形钢腹板箱梁的力学性能,采用试验与有限元模拟分析相结合的方法对单箱三室波形钢腹板PC组合箱梁桥的力学性能进行了研究。通过静载试验得到试验梁在试验荷载作用下的挠度曲线,边跨跨中及中跨跨中截面顶底板纵向正应力分布;通过动载试验得到试验梁前5阶模态、中跨跨中断面最大动挠度。研究结果表明:在试验荷载作用下,各工况实测挠度满足规范要求;偏心荷载作用下的挠度值比对称荷载下大30%以上,在计算波形钢腹板PC组合箱梁活载效应时,建议选用合理的内力增大系数来计入偏心荷载对截面内力的影响。各控制截面实测应力曲线变化趋势与有限元计算值趋势吻合,实测值均小于计算值,且满足预应力混凝土桥应力的一般要求。动载试验表明桥面铺装平整,符合设计要求。

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。