山西省黄土山区桥梁下部水毁调查及成因分析

为全面了解山西省黄土山区运营桥梁下部水毁概况及其成因,采用现场调研、数理统计方法,针对山西省典型黄土山区4条高速公路、174座桥梁桥址水毁的基本特征进行了广泛收集,结合山西省黄土山区地质、地形地貌、水文气候特点及桥址排水设计、施工、管理养护等资料对水毁成因进行系统分析,揭示了桥梁下部水毁演变过程基本规律,对运营及新建桥梁提出了工程技术建议。研究结果认为:桥址水毁演变最终导致桥梁墩台桩基不同程度外露,极易发生潜在灾害危险,危及桥梁下部结构及运营安全。

黄土山区高陡边坡水毁对桥梁桩基安全影响研究

为全面了解黄土山区高陡边坡水毁对桥梁桩基安全的影响,在对山西省典型黄土山区4条高速、174座桥梁下部全面调查的基础上,依据黄土地区现场桩基静载试验,应用FLAC3D建立黄土山区高陡边坡地形桥梁桩基有限差分模型,分析了高陡边坡水毁崩塌对桩基承载特性的影响,揭示了桩基承载力、桩侧摩阻力、桩端阻力及有效桩长变化规律。研究表明:随着临坡距的减小,桩基承载力不同程度降低,临坡距越小,桩基承载力影响越大;桩基承载力降低主要是由于桩侧土体缺失导致桩侧摩阻力无法完全发挥,桩端阻力影响不大;临坡距越小,斜坡失效桩长越大,有效桩长变短;高陡边坡水毁显著改变了摩擦桩的承载特性,危及桥梁下部结构及运营安全。

边坡冲刷破坏对桥梁下部结构影响数值分析

为了分析黄土冲沟区边坡冲刷破坏对桥梁下部结构承载性状的影响,以某桥梁下部水毁地基为依托工程,构建基于CAD地形图、ANSYS是三维地基网格的FLAC3D三维耦合数值计算模型。采用NULL单元开挖思想对边坡冲刷破坏过程进行全程数值模拟,对比分析了不同工况下桥梁下部结构承载性状的变化。计算结果表明,边坡冲刷破坏极大地改变了桥梁下部结构的边界条件和承载性状,产生附加变形和内力;由于地基卸载使下部结构回弹现象明显,墩柱侧向位移超出规范规定,长柱效应明显;上部荷载向下传递量增加,关键截面最大拉应力超出抗拉强度标准值;桩长一定深度范围内侧摩阻损失严重甚至不能提供桩侧摩阻;结论对今后黄土冲沟区桥梁下部结构的前期设计与后期加固处治具有重要意义。

桥梁健康状态评估中基于能量储备确定层次分析法底层指标权重的研究

针对桥梁结构健康状态评估中,利用层次分析法确定底层指标权重过程中人为主观因素影响过大,结果偏离实际的现状。基于能量储备,通过实桥荷载试验,确定了底层指标权重大小,并以挠度指标为监测对象,进行了健康状态评估,评估结果与服役状态吻合,可为桥梁评估提供参考和依据。

桥梁预应力孔道注浆密实性无损检测方法的应用研究

围绕当前桥梁工程领域普遍关心的预应力孔道注浆密实性无损检测问题,通过理论分析、试验验证、定性与定量相结合的方法,针对当前桥梁工程领域常用无损检测方法对预应力孔道注浆缺陷识别的敏感程度进行了深入系统的分析研究。结果表明,采用超声波法和探地雷达法对预应力孔道注浆密实性进行检测是不可行或基本不可行的;而采用冲击回波-X射线相结合的方法,可完全实现桥梁预应力孔道注浆密实性的定量无损检测,且不必区分波纹管材料种类;实际检测中,如需对桥梁预应力孔道注浆密实性无损检测结果进行验证,可采用内窥镜法进行。

基于模态参数的桥梁状态快速测试与分析

结构模态参数的测试与评定是工程结构检测的重要组成部分,对桥梁静力、动力评定指标进行了探讨,通过对20余座桥梁动、静载试验结果数据样本的分析,验证了动力刚度与静力刚度指标的一致性,采用模态参数可以进行桥梁结构状态的快速测试与分析。

公路混凝土桥梁疲劳寿命安全评估方法

公路桥梁疲劳寿命的准确评估,对于车辆行驶安全具有重要的现实意义,基于此,提出并设计了一种基于S-N曲线的公路混凝土桥梁疲劳寿命安全评估方法。利用混凝土外荷载与疲劳寿命间的关系,建立S-N评估曲线,进而确定桥梁混凝土的临界裂纹尺寸,在此基础上,对其安全裂纹拓展尺寸进行计算,实现公路桥梁疲劳寿命的准确评估。通过实验论证分析的方式,确定基于S-N曲线评估方法的有效性,结果表明,该方法能够较好地预测公路混凝土桥梁的疲劳使用寿命,较弹性力学评估方法具有明显的优势。

黄土山区冲沟地形桥梁下部结构安全风险评价

为评判黄土山区冲沟地形桥梁下部结构的安全风险水平,首先基于山西省吕梁山区4条高速公路上的174座桥梁下部结构的实地调查结果进行安全风险识别,建立黄土山区冲沟地形桥梁下部结构的安全风险多层次评价指标体系;然后采用层次分析-模糊综合评判(AHP-FCE)方法估计黄土山区冲沟地形桥梁下部结构的安全风险概率和风险损失,即基于层次分析法确定各评价指标权重,应用模糊综合评价法进行多层次综合评判,并基于风险概率和风险损失估计值,通过建立黄土山区冲沟地形桥梁下部结构的安全风险评价矩阵,得到其整体安全风险水平,并提出相应的安全风险水平接受准则;最后使用该评价方法对黄土山区冲沟地形某大桥下部结构的整体安全风险水平进行了评价。结果表明:该评价方法适用于黄土山区冲沟地形桥梁下部结构的安全风险评判,有助于防范与化解黄土山区冲沟地形桥梁下部结构的安全风险,减少由此产生的损失。

梁式桥梁技术状况评定的问题及建议

随着公路桥梁的不断建设,大量桥梁进入维修养护阶段。梁式桥梁作为桥梁结构的主要形式,其评定工作的准确,直接影响后续养护工作。针对运用《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21—2011)进行梁式桥梁技术状况评定中的一些问题,提出针对性的建议,供检测工作者参考。

火灾环境下桥梁混凝土动、静弹性模量试验研究

为研究桥梁在火灾环境下混凝土损伤程度及其动、静弹性模量的变化规律,开展了8组不同温度等级下(20℃~700℃)C50混凝土棱柱体试块烧蚀试验,运用冲击回波单面反射法,测试混凝土试块冲击弹性波波速,根据动弹性模量与波速的关系,计算混凝土试块的动弹性模量。结果表明:混凝土烧蚀温度升高时,试块颜色、表面裂缝、锤激声响及角隅剥落现象均有明显变化;混凝土动、静弹性模量均减小,但动弹性模量减小速率大于静弹性模量,具体表现为,20℃时C50混凝土动弹性模量>静弹性模量;300℃时动弹性模量接近静弹性模量;≥400℃后,C50混凝土动弹性模量<静弹性模量,烧蚀试验后混凝土试块的动静弹性模量比值整体呈上升趋势;烧蚀温度20℃~200℃时,典型的Lydon和Balendran式较适用;烧蚀温度≥300℃时,给出了参考公式。

黄土山区冲沟地形对桥梁桩基有效桩长影响研究

为全面了解黄土山区冲沟地形对桥梁桩基有效长度的影响,在对山西省典型黄土山区桥梁下部全面调查的基础上,依据黄土地区现场桩基静载试验,应用FLAC3D建立黄土山区地形桥梁桩基有限差分模型,分析了不同坡度、临坡距、桩长变化对桩基有效桩长的影响,揭示了桩基承载力、桩侧摩阻力、桩端阻力及有效桩长变化规律,并依据计算结果提出相关工程技术建议。研究结果表明:一定桩长时,斜坡坡度、临坡距变化对桩侧摩阻力产生不同程度影响,对桩端阻力影响不大;坡度越大,临坡距越小,桩侧摩阻力减小幅度越显著,最大为70.89%;坡度较小、临坡距较大时,增长桩长使桩侧摩阻力从95.99%提高至99.71%;桩侧摩阻力变化的根本原因是桩基有效长度发生改变,桩基有效桩长折减程度同斜坡坡度及桩基临坡距有关,与桩长无关;建立的桩基有效长度计算公式可为黄土山区冲沟地形条件桩基础设计提供技术借鉴。

桥梁综合管控平台的研发与应用

针对省级桥梁病害数据信息化管理和应用的问题,经过广泛调研及平台框架设计,成功研发了山西桥梁综合管控平台和桥易检APP。阐述了平台框架、业务逻辑、数据统计及优势,对2020年山西省高速公路桥梁定期检查的应用情况进行了介绍,通过对病害数据的分析得到了以下结论:受力裂缝占比远超超限裂缝,仅将超限裂缝认定为受力裂缝进行裂缝注胶维修不合理,检测工程师在病害调查过程中需加强对受力裂缝的判断和标识,以指导养护维修。

铅芯橡胶支座PC连续梁桥隔震性能试验研究

为了研究铅芯橡胶支座对混凝土连续梁桥的隔震效果,选取典型的3×30m跨PC连续梁桥,按1∶20比例设计、制作了2座分别采用板式橡胶支座和铅芯橡胶支座的桥梁模型,通过振动台试验,分析其在不同地震波及峰值加速度作用下的自振频率、支座变形及墩顶位移和加速度等的变化规律。结果表明:PC连续梁桥采用铅芯橡胶支座能够有效减小地震对桥梁的损害;不同的地震波对桥梁的地震反应和铅芯橡胶支座隔震性能的发挥有很大影响;桥墩刚度的减小和塑性铰的形成,可以降低桥梁上部结构的地震响应,起到隔震的效果,但却限制了铅芯橡胶支座隔震性能的发挥。

混凝土桥面板湿接缝纯弯破坏行为试验研究

为了解不同钢筋连接形式下混凝土桥面板湿接缝的抗弯性能,以某高速公路连续梁桥为背景进行研究。设计制作带湿接缝的桥面板试件(1组直钢筋焊接试件、1组直钢筋搭接试件、5组环形钢筋搭接试件),通过纯弯试验研究其裂缝发展、破坏形态、开裂荷载、破坏荷载及混凝土与钢筋应变的变化规律。结果表明:新旧混凝土结合面最先开裂,是整个试件的薄弱面,设计中应加强;不同钢筋连接方式试件的破坏荷载从大到小依次为环形钢筋搭接>直钢筋搭接>直钢筋焊接;环形钢筋搭接试件的承载力随着搭接长度的增加逐渐增加;对于两端有水平约束的桥面板结构,在临界破坏状态时呈现板结构+膜结构的两体系受力状态。

钢-UHPC轻型组合梁桥面板结构型式研究

提出了钢—UHPC轻型组合桥梁结构,以克服传统钢-混凝土组合结构桥梁混凝土桥面板的不足。(1)从基本力学性能和经济性方面对轻型组合梁和传统组合梁进行对比,表明轻型组合梁具有自重低,力学性能优越,施工方便快捷,全寿命经济效益显著等特征,具有较好的应用前景。(2)对等厚板、带纵肋桥面板、华夫桥面板3种结构型式的UHPC桥面板进行有限元分析,结果表明:华夫桥面板竖向位移最小,整体刚度最大;带纵(横)肋桥面板仅纵肋下缘纵向拉应力最大,只需在纵肋下缘配置纵向受拉钢筋;华夫桥面板方案横向拉应力峰值小于较带纵肋方案。(3)基于华夫桥面板方案开展了足尺条带模型试验,正负弯矩试验的初裂应力分别为19.4 MPa和9.1 MPa,华夫桥面板方案能够满足正常使用极限状态的裂缝限值。

整体节点角焊缝疲劳性能分析及寿命评估

整体节点由于存在大量焊缝,在往复荷载作用下,往往会引起疲劳问题。目前,对整体节点疲劳性能的研究仅限于某一特定工程的验证性试验,缺乏系统性的疲劳寿命评估方法的研究。详细介绍了热点应力法、有效缺口应力法和局部应变法的分析过程和适用范围,并结合一种简化焊接试件的疲劳试验,分别采用这几种方法对整体节点的疲劳寿命进行了分析。在此基础上,将分析结果与试验数据、相关规范进行对比,发现热点应力法和有效缺口应力法均能在一定程度上预测疲劳寿命的变化趋势,二者计算结果相似,但对实际工程偏危险,局部应力应变法能提供较理想的疲劳寿命预测。

预加力对开裂预应力混凝土梁体刚度效应的影响分析

为了研究预加力对预应力混凝土梁桥开裂梁体刚度效应的影响,以公路桥梁中常用的预应力混凝土小箱梁和T梁为研究对象,基于设计规范中开裂预应力混凝土受弯构件刚度计算原理,采用统计分析、室内试验梁和实桥试验相结合方法,分析开裂预应力混凝土梁受拉区预压应力与梁体短期抗弯刚度的关系。结果表明:小箱梁和T梁受拉区混凝土开裂后,随预加力在受拉区混凝土所产生预压应力的增大,开裂梁体短期抗弯刚度提高;对于开裂预应力混凝土梁桥,采用增设体外预应力钢束的加固方法进行加固,可以有效地提高梁体短期抗弯刚度,较好地抑制梁体受力裂缝的发展。

粘贴钢板加固法试验研究分析

通过试验梁试验研究粘贴钢板加固预应力混凝土桥梁的加固效果。试验采用分级加载的方式,对试验梁加固前后各级荷载作用下控制截面的应变、挠度和裂缝宽度进行详细加载测定。分析加固效果及其变化规律,可为今后类似工程的加固设计提供参考。

空心板桥铰缝失效对荷载横向分布影响分析

为了研究空心板桥铰缝失效对荷载横向分布的影响,推导了空心板桥整体受力及铰缝失效的典型力学模型,阐明了铰缝失效时荷载横向重分布的一般规律,并采用ANSYS有限元分析了不同损伤位置和损伤程度铰缝对上部结构荷载横向分布及其效应的影响。结果表明,铰缝失效改变了空心板桥上部结构的整体受力性能,损伤程度越大,上部结构组合板或单板效应越明显;失效铰缝相邻空心板荷载横向分布系数相对变化较大,最大为1.44和0.6倍;由于失效铰缝一侧空心板承担荷载比例增大,另一侧减小,导致相邻空心板挠度差异较大而产生错位、内力状态差别明显,建议加强偏载侧空心板应力监测。

多箱组合连续梁桥抗震分析及优化

以临汾环城一级公路汾河大桥引桥为工程背景,采用反应谱法对多箱组合连续梁桥进行了地震效应计算分析,发现初步设计方案采用盆式橡胶支座抗震性能较差,结构受力不够合理,最后通过分析对比,提出了采用减震性能较好的天然橡胶支座作为抗震设计优化措施,使各桥墩均匀地承受地震效应,桥梁的整体抗震性能明显提高。