波纹钢形状与拱效应对加固盖板涵承载力的影响

为了探索波纹钢形状对加固盖板涵承载力的影响及填充混凝土的拱效应形成机制,采用室内试验与数值分析相结合的研究方法,以一个室内模型试验结果为基准,建立了72个箱形、圆弧及其之间的过渡形状的波纹钢加固盖板涵的数值模型,探明了加固体系承载力随波纹钢形状参数的变化规律;基于合理拱轴的概念,探明了填充混凝土的拱效应形成机理,并采用5个数值模型进行了验证。结果表明:拱腋半径保持不变时,加固体系的承载力随着拱顶、侧墙半径的增加而减小;拱顶、侧墙半径不变时,加固体系的承载力随着拱腋半径的增加而增大;提升加固体系承载力最有效的方式是增加拱腋半径,其次是减小拱顶和侧墙半径;填充混凝土的拱效应与荷载类型有关,当波纹钢的形状能保持拱轴连续并且在素混凝土刚性角以内时,加固体系的承载力最高。在设计波纹钢加固盖板涵结构时,应根据实际工程需要综合考虑波纹钢形状与填充混凝土的拱效应,尽量避免紧贴原盖板涵的加固设计。

跨地裂缝三孔斜交箱涵结构受力性能和变形规律研究

以西安站改扩建项目为工程背景,完成足尺三孔斜交箱涵结构受力性能数值模拟研究,分析荷载与地裂缝协同作用下结构的受力过程与可能破坏形态,开展缩尺比例为1∶15的三孔斜交箱涵缩尺模型静载试验,与有限元结果进行对比分析,明确变形缝斜交和板墙开洞等复杂条件下箱涵结构的裂缝发展、位移变形和应力分布规律,验证了数值分析的可行性,并提出设计建议。结果表明:足尺数值模型与缩尺试验模型的应力路径和裂缝分布吻合较好;最不利工况下,箱涵顶板混凝土开裂部位较多,纵向挠度变形较小;斜交变形缝处,钝角较锐角处更易产生应力集中现象,各部位易出现应力集中的顺序依次为跨中、钝角、锐角和板墙隅角;采用平行于变形缝的斜向布筋方式可降低因钢筋截断而产生的应力集中,优化传力路径;建议在顶板洞口横向位置处增设暗梁,洞角布置斜向钢筋,降低洞口周围的局部集中应力。

波纹钢半圆拱加固钢筋混凝土盖板涵数值分析

为了探索波纹钢半圆拱加固钢筋混凝土盖板涵的力学性能,采用室内试验与数值分析相互验证的方法,提出了基于填充混凝土弹塑性等效的波纹钢加固盖板涵的数值分析方法并进行了验证,在此基础上分析了影响加固体系承载力的主要因素。研究表明:钢筋混凝土盖板涵在加固之后发生了体系转换,板件由加固前的受弯构件转变为加固后存在拱效应的复合构件,破坏形式由加固前的受弯破坏转变为加固之后的剪切破坏,加固体系的极限承载力取决于钢筋混凝土板、填充混凝土的抗剪承载力和波纹钢的抗弯承载力,钢筋混凝土板的抗弯承载力对加固体系的作用有限,主要发挥了它的抗剪承载力;加固体系的极限承载能力较未加固前的板件理论极限承载能力提升了13.23倍,加固效果明显;加固体系在室内试验和数值分析中的最大位移及极限承载力相对误差分别为16.27%,0.1917%,采用填充混凝土弹塑性等效方法建立的数值模型能很好地模拟加固体系在极限状态时的承载力和变形;盖板厚度、填充混凝土强度和波纹钢波形是影响加固体系承载能力的关键参数,其中填充混凝土强度对加固体系承载力的影响幅度最大,其次是盖板厚度,而波纹钢波形的选取则需要兼顾波纹钢抗弯承载力与填充混凝土抗剪承载力之间的平衡。

波纹钢加固盖板涵受力机理及影响参数数值研究

为明确波纹钢加固盖板涵的受力机理以及不同设计参数对结构承载力和刚度的影响,本文依托波纹钢加固的跨径4m的盖板涵的实体工程,在考虑原涵洞的二次受力状态以及界面接触属性的基础上,利用两步法建模的方法分析了原涵洞退化程度、界面处理方式、波形参数、填充层强度和厚度等参数对加固后的承载能力、刚度、破坏状态的影响,并分析了波纹钢加固盖板涵的受力体系。结果表明:波纹钢在设计值状态下的应力主要由湿重状态下的混凝土的侧压力产生;利用波纹钢对盖板涵加固后承载能力提高25~85倍,刚度提高26~136倍。结合面的处理方式和混凝土填充层的厚度对承载力和刚度的影响显著,波形参数、混凝土强度对承载力和刚度的影响较小;波纹钢不是承受荷载的主要部件,给结构提供足够的支撑作用,使得结构从单一的盖板破坏转变为多位置的共同破坏,结构的承载力和延性得到明显的提升。

路桥工程过水涵洞的施工技术与质量管控

为提高路桥工程过水涵洞的施工效率与工程质量,结合实际项目案例,通过分析过水涵洞的工程特性和施工风险,做好现场查勘、水文调查、场地清理等准备工作,基于溪流流速和流量计算结果制订过水涵洞的施工导流方案,并进一步探索不断流情形下混凝土盖板涵的施工技术与质量管控要点,结果保证了过水涵洞按期完工并验收合格。分析过水涵洞的工程特性和管理风险、做好前期准备工作、因地制宜地采取施工技术方案、注重全方位的质量管控,能有效提高路桥工程中过水涵洞工程的施工管理效益。

高填路基盖板涵外界面受力状态形成机制研究

依据原位试验和数值模拟研究高填路基盖板涵外界面受力状态形成机制。结果表明：涵洞顶面压力大于上覆填土自重,呈非均匀分布形式,涵洞侧墙顶相对于顶板中部承受更大的压力,侧墙主要承担了来自两侧填土的附加压力;涵洞侧墙外水平压力远小于按土柱高度换算的静止土压力,涵洞地基的不均一地质条件导致涵洞单侧承受相对较大的水平力;涵土差异沉降导致涵洞体承担了大于上覆填土自重的压力,基底的不均匀沉降引起涵顶压力向一侧集中,侧墙外压力和基底压力非对称分布。实测涵顶压力约为填土自重应力的1.56~3.02倍,使用现行公路桥涵规范设计高填方盖板涵偏于危险。

体外预应力加固盖板涵效果分析

针对大秦线盖板涵底部直线体外预应力加固方式,利用体外预应力筋的应力增量与盖板涵跨中挠度和混凝土压应变的相互关系,分别按考虑和未考虑体外预应力筋反弯矩对盖板涵截面转角和挠度关系的影响,推导体外预应力筋应力增量以及盖板涵截面强度和刚度的计算式,并进行了室内试验验证。结果表明:进行加固盖板涵的体外预应力筋应力增量计算时必须考虑反弯矩的影响;盖板涵截面压应力、受拉钢筋拉应力、跨中挠度的理论计算结果与试验结果基本相同,验证了推导的理论计算方法是正确的;相比在一定范围内改变预应力筋与盖板涵底的距离及锚固位置,增大体外预应力筋的截面面积和有效预应力可明显提高盖板涵截面的刚度和强度;当荷载为75kN·m-1时,与采用16mm体外预应力筋加固相比,采用32mm体外预应力筋加固后盖板涵混凝土上表面的压应力减小10.5%,跨中挠度减小44.1%;有效预应力从15kN增大到135kN,加固后盖板涵混凝土上表面的压应力减小15.5%,跨中挠度减小37.7%。

路堤下盖板涵的竖向土压力分布

由于盖板在填土压力作用下发生挠曲变形,针对盖板涵对竖向土压力分布的影响,推导了盖板涵竖向土压力分布计算公式.假设盖板发生弹性挠曲变形,填土服从Winkler弹性地基条件,对盖板上修正的Marston填土涵洞竖向土压力分布进行了分析.结果表明,该修正公式考虑了盖板涵内外土柱差异沉降的应力集中效应,可计算由于盖板挠曲变形而引起的土压力重分布.通过对鹤大高速公路某盖板涵进行现场测试以及有限元数值模拟分析,结果显示盖板涵土压力的分布特点与本文理论分析相一致,且理论公式计算结果值与现场实测值吻合较好.

高填方盖板涵受力特性的原位试验及数值模拟研究

通过现场测试,分析上埋式盖板涵在路堤填土荷载作用下的变形规律和受力特性;同时结合现场测试与数值模拟的方法,研究盖板涵顶板、基底土压力与侧墙水平土压力的分布特征。结果表明:在填土荷载作用下,涵洞顶板、底板垂直土压力以及侧墙的水平土压力呈非线性分布,其受力状态与规范计算的结果存在较大差异。由于涵洞与填土的模量不同,涵洞以上填土与两侧填土存在差异沉降,涵顶两侧墙土压力大于涵顶中部土压力,大于填土自重。数值模拟分析结果显示盖板涵土压力的分布特征与现场测试的分析结果一致,实际涵顶受力为涵顶附加摩擦力与填土自重之和;涵顶两侧墙分担了两侧填土竖向应力,涵洞侧墙水平土压力小于静止侧压力,实测平均值与铁路桥涵设计规范理论值的比值为0.53~0.87。由于地基土的不均匀沉降以及涵洞底板的挠曲变形,基底土压力呈非线性分布,跨中附近土压力产生卸荷现象。结合涵顶受力的理论研究与对包茂高速(粤境段)多个盖板涵涵顶数据的监测,提出了涵顶土压力的经验模型;该模型与涵顶上覆填土高度具有良好的线性关系,与现场实测值吻合较好。

针对中俄东线高钢级大口径输气管道自动焊的设计提升

中俄东线天然气管道首次选用外径1422 mm、输送压力12 MPa、X80钢级的设计参数组合,并且首次全面采用自动焊施工。为了提高自动焊的焊接效率、保证焊接质量,从管道线路选线、管道敷设、材料及焊接等方面对设计方法和技术进行了改进与提升,重点针对管道路由选择、管道转向、管道穿越障碍物、线路用管技术条件、不等壁厚焊接坡口和管道可靠性校核等方面开展了相关技术研究。研究结果表明:①在线路选线原则上尽可能地保持线路走向顺直,坡度控制在12°以下;②在管道转向设计中,在空间允许范围内尽可能地使用大角度弹性敷设代替冷弯管和热煨弯管;③在穿越等级公路时,优先采用了新式盖板涵代替传统套管;④在管材方面,加强钢管不圆度等参数控制;⑤在焊接方面,采用新型不等壁厚内孔锥形焊接坡口;⑥在管道整体安全性方面,进行线路可靠性评价。结论认为,上述设计提升措施有效地提高了自动焊的施工效率和焊缝质量,使管道线路段的可靠性能够满足规范中的目标可靠度要求,在中俄东线的自动焊现场实施过程中取得了显著成效,可以为自动焊在后续工程中的全面应用提供技术支撑。

装配式盖板涵受力特性及构件搭接处强度分析

提出了装配式盖板涵洞的施工工法,通过数值模拟研究了预制盖板涵周围土压力的分布情况。对涵洞构件的内力进行了分析,利用所得到的内力值,对涵洞侧墙的稳定性以及其与基础搭接部位的强度进行了验算。结果表明:涵周土压力呈非线性分布,盖板上垂直土压力中间较小,两侧支撑处较大。侧墙水平土压力近似呈抛物线形分布,最大土压力位于距其底端1/2～2/3处。涵洞侧墙与基础底板搭接处强度要求可根据侧墙底端剪力或底板轴力进行确定。侧墙在基础中5 cm的嵌固深度可以为侧墙提供足够的水平抗力,拼装结构满足结构安全要求。

盖板体外预应力加固的应力增量统一算法

基于体外预应力筋应力增量与梁体跨中挠度及混凝土压应变的相关性,提出了盖板体外预应力筋加固的结构计算模型.利用结构变形前后的几何关系,导出了体外预应力筋应力增量的统一表达式,并用室内模型试验证明计算方法的准确性.同时分析了影响体外筋应力增量的力筋面积、预应力值、外荷载形式及既有梁配筋率等参数的敏感性,可为实际工程提供理论支持.

铁路重载运输条件下盖板涵加固技术

大轴重重载铁路运输以其运能大、效率高、运输成本低等优势,成为大宗货物经济高效的运输方式。本文以铁路盖板涵为研究对象,通过现场调研、计算分析研究了对钢筋混凝土盖板涵采用粘贴钢板、增大截面、局部改建框构、减小跨度、内套框构、置换框构等加固方案的加固效果,提出了大轴重重载铁路运输条件下盖板涵加固技术可选方案。

高填土盖板涵EPS板减荷试验及设计方法

为了寻求最佳减荷效果和完善减荷措施设计,继以往试验成果,在一盖板涵涵顶与涵侧分别铺设了不同厚度的EPS板进行现场减荷试验。结果再次表明:通过EPS板的压缩变形协调,能够显著减小涵顶与涵侧的土压力,且铺设的EPS板越厚,土压力越小,但其减荷效果增幅递减;采取减荷措施后涵洞的沉降量也明显减小,同时改善了涵洞纵向的不均匀沉降。依据作者原推涵洞土压力理论公式,建立了简明的EPS板减荷设计方法,并提出了减荷措施的适用范围及EPS板切割、铺设以及施工要点。

浅埋盖板涵病害调查及开裂发生机理研究

随着铁路提速及重载列车的相继运行,列车运行对涵洞的连续冲击造成的涵洞裂缝、沉降变形等病害愈发突出。依托大准运煤专线对其盖板涵的病害进行了调查,并应用FLAC3D数值模拟方法以典型涵洞K47+669为例,对大准铁路沿线盖板涵开裂病害的发生机理进行了研究。调查及研究成果表明:盖板涵的主要病害为涵洞开裂,涵洞在自重应力作用下发生的变形极小,涵洞开裂的主要诱因是在列车通行时施加的均布载荷,且列车允许的最大载荷为102.1 k Pa。研究成果可为大准铁路盖板涵的灾害防治提供理论依据,同时也为国内外类似地质条件下涵洞病害调查及开裂的机理分析提供借鉴和参考。

高填方土石混合体填料盖板涵垂直土压力计算新方法

涵洞在山区高填方高速公路中应用较为广泛,但由于涵洞上方填料组成复杂与填料-涵洞相对刚度差异大会引起涵顶垂直土压力集中,造成涵洞结构出现了一系列病害。为探明涵顶土压力系数的影响因素,在室内模型试验和FLAC数值模拟的基础上,研究了涵洞顶部填料高度、填料含石量、填料泊松比及盖板厚度等变量对上埋式盖板涵顶部垂直土压力,侧墙水平土压力及土压力系数的影响。结果表明:上述变量均会影响土压力系数值,涵顶垂直土压力分布形式为抛物线;土压力系数在涵顶中心小于1,在涵顶边缘大于1,涵顶与侧墙的土压力均呈非线性分布。对上述变量影响下的数值结果进行汇总,从而建立涵顶垂直土压力、剪力、弯矩的图表和方程,可用于评估同类型盖板涵的静止土压力数值,进行盖板涵顶部静弯矩设计。采用C#语言编写了《涵洞顶部垂直土压力值计算》程序,能快速准确地定位涵洞顶部垂直土压力,可为类似的高填方土石混合体填料-涵洞受力分析提供参考。

结构参数与填料特性对盖板涵洞土涵作用影响

为精确地计算涵洞顶部竖向土压力集中系数,进行了土石混合体填料—涵洞室内模型试验。利用试验结果标定了FLAC数值模型,运用该数值模型研究了结构参数与填料性质对涵洞力学特性的影响。结果表明:在侧墙顶部以下0.35D(D为侧墙高度)处出现最大水平负弯矩,在0.67D处出现水平弯矩反弯点;含石量对侧墙上水平土压力影响显著,含石量为50%和70%时,侧墙上产生的侧向水平土压力更大;随着涵洞顶板厚度的增加,涵顶边缘竖向土压力随之增加,涵顶中心竖向土压力随之减小;随着泊松比的增加,侧墙上正负弯矩的反弯点位置逐渐下移,反弯点的位置变化区间为[0.49D,0.71D];数值模拟结果得到的涵顶边缘竖向土压力集中系数大于相关规范与研究成果的上限值,涵洞结构边缘所受竖向土压力大于理论计算得到的竖向土压力。

加筋减载条件下涵顶土压力及其参数影响规律

根据已有的涵土体系相互作用机理,在原涵洞上加减载块,形成一种新的涵洞结构。并在此结构上对土工格栅加筋减载机理进行分析,得到格栅加筋减载作用下涵洞顶部土压力的计算表达式,然后通过数值模拟对涵顶土压力进行参数分析。研究结果表明:(1)有减载块的加筋减载模型的理论值与有限元值比较接近,误差在10%以内,表明了理论计算结果的正确性;(2)减载块高度对涵顶土压力有显著影响,且随减载块高度增加其影响效果减弱;(3)受筋材特性影响,减载块宽度对涵顶土压力的影响不明显;(4)柔性材料压缩模量对涵顶土压力和格栅变形有较大影响,且模量取值也宜适中。

以列车平稳性优化CRTS Ⅰ板式无砟轨道下路涵过渡段的研究

以京沪高铁廊坊段路涵过渡段为背景,采用Abaqus软件建立了CRTS Ⅰ型板式无砟轨道-车体-过渡段动力系统耦合模型,研究不同因素对列车通过路涵过渡段的动力响应。以列车平稳性为评价指标,通过极差和方差分析方法,确定影响列车运行平稳性的因素重要性次序,提出高速铁路路涵过渡段最佳设计方案。分析可得,以车体横向加速度或垂向Sperling舒适度为试验指标优化时,行车速度为第一影响因素;以横向Sperling舒适度指标为试验指标优化时,填土厚度为第一影响因素;以车体垂向加速度为试验指标优化时,扣件垂向刚度为第一影响因素。建议在路涵过渡段设计时采用倒梯形过渡、过渡段长度20 m、涵洞跨径4 m、填土厚度3 m、行车速度280 km/h、扣件竖向刚度50 k N/mm,列车运行平稳状态最佳。

体外预应力加固重载铁路盖板涵试验研究

目前大秦铁路运输荷载日趋增加,桥梁的既有损伤不断加重,桥梁不断老化,破损。通过既有盖板涵承载力评估可知,盖板涵混凝土压应力已经超出规范要求。为了改善盖板的受力性能,提高盖板的承载能力,对盖板进行体外预应力加固。根据已加固盖板的室内静载试验和200万次疲劳试验,结合数据研究体外预应力的加固效果。结果表明,体外预应力加固可以大幅度提高盖板的承载能力,在正常使用状态混凝土压应力最大降低约32%。最后,根据力学理论推导体外筋应力增量计算公式,借助试验结果验证理论计算的准确性,为体外预应力加固的实际施工提供理论指导。