钢箱-混凝土梁局部屈曲分析与试验研究

新型钢箱-混凝土梁通过在钢箱受压区部分充填混凝土,既有效地提高了受压区钢板的稳定性,又较好地发挥了混凝土的抗压能力,大大地改善了构件的抗弯性能。通过4根钢箱-混凝土梁和2根钢箱梁试件的试验研究,考察了钢箱-混凝土梁受力全过程的特点,着重研究钢箱-混凝土梁钢板的局部屈曲特征,其屈曲行为类似于刚性基底上非受载边弹性约束的单向受压板的屈曲行为,用能量法建立了刚性基底上沿非受载边弹性约束、面内受压矩形板的屈曲强度计算公式,研究结果表明,钢箱-混凝土受压区局部稳定性明显提高,所提出的方法用于顶板局部屈曲强度计算,计算结果与试验结果较吻合。     

U型粘钢加固预应力混凝土梁抗弯性能试验研究

为了探讨不同损伤程度、粘贴钢板厚度和高度、有效预应力大小和加载方式等对粘钢加固部分预应力混凝土梁抗弯性能的影响,进行2片普通钢筋混凝土(RC)梁以及8片部分预应力混凝土(PPC)梁的U型粘钢加固抗弯试验和数值分析。结果表明:采用U型粘钢加固部分预应力混凝土梁能够有效抑制裂缝的扩展,显著提高加固部分预应力混凝土梁的正截面抗弯承载能力;部分预应力混凝土梁损伤后加固,其屈服荷载和刚度较未损伤加固梁均有不同程度的降低;初始有效预应力水平主要影响使用阶段的抗弯性能;非线性有限元模型能够预测U型粘钢加固梁的抗弯行为,计算结果与试验结果吻合较好;在实际工程中建议梁侧面粘贴钢板高度不超过梁高的1/3为宜。     

不同掺量高性能粉煤灰混凝土铁路桥梁试验研究

以9组不同掺量高性能粉煤灰混凝土无粘结预应力模型梁的使用荷载试验和抗弯承载力试验为基础,研究高性能粉煤灰混凝土梁在重复荷载作用下的受力行为。研究结果表明:掺量为20%~40%的高性能粉煤灰混凝土梁在使用荷载作用下,200万次疲劳加载后,梁体仍处于弹性阶段,疲劳加载对位移影响很小;梁的基频在200万次疲劳加载范围以内基本保持不变,表明梁体的刚度基本不变;相同强度高性能粉煤灰混凝土模型梁的开裂荷载和极限荷载均随高性能粉煤灰掺量(20%~40%)的增加有所提高;掺加高性能粉煤灰能显著减小混凝土梁裂缝的间距、宽度、高度,抑制裂缝的扩展,对提高梁体的耐久性有重要意义。因此,掺高性能粉煤灰20%~40%的混凝土用于32 m铁路预应力简支梁是可行的。高性能粉煤灰混凝土梁的抗弯承载力按TB10002.3—99规范计算,具有足够的精度。     

预应力张拉对现浇支架受力影响的计算分析

研究目的:预应力张拉时,混凝土梁与现浇支架相互作用。混凝土梁的变形引起支架上的荷载重分布,在工程实际中很少考虑对此工况的计算。由于计算不全面,设计的支架结构安全储备不足,有可能出现因现浇支架局部受力不够而发生安全事故。本文以某斜拉桥现浇支架施工计算为例,研究纵、横向预应力张拉对现浇支架受力影响的计算方法,分析预应力张拉引起现浇支架上荷载重分布的原因,为预应力混凝土梁的施工方法提供理论依据。研究结论:通过建立预应力混凝土梁与现浇支架的整体有限元模型,按施工阶段分析计算了混凝土浇筑、达到设计强度、张拉纵向预应力、张拉横向预应力各施工阶段下现浇支架受力的变化情况,计算结果表明对于纵、横向预应力张拉时,混凝土梁发生变形,导致作用在现浇支架上的荷载传递到支架两侧;张拉预应力钢束越多,荷载重分布的现象越明显,而重分布的荷载对支架局部结构产生较大不利影响。     

铁路先简支后连续梁疲劳性能与抗裂性能试验研究

研究带有湿接缝的先简支后连续梁桥结构的疲劳性能和抗裂性能,对3条模型梁的疲劳试验和抗裂试验进行了研究。介绍了铁路预应力混凝土先简支后连续梁模型梁的设计和试验方法,根据3条模型梁疲劳试验结果,分析了在正常使用状态下结构刚度、各典型截面特别是湿接缝段混凝土、普通钢筋和预应力钢筋应变随疲劳加栽次数的变化规律,指出重复加裁明显降低了梁体刚度,并使梁体混凝土、普通钢筋和预应力钢筋应变增大。根据开裂试验结果,分析了重复加载对各关键断面特别是湿接缝断面抗裂性的影响,得出重复荷载降低了湿接缝的抗裂强度,而对跨中截面和中支点截面抗裂强度无明显影响。给出了关于铁路预应力混凝土先简支后连续梁疲劳性能和湿接缝抗裂性的一些结论和建议。     

轨道交通预应力混凝土U形梁极限承载力试验研究

为研究城市轨道交通预应力混凝土U形梁的力学性能,对一座跨度为30 m的预应力混凝土U形简支梁桥进行了静载破坏试验。试验中测试了主梁关键截面混凝土和钢筋的应变以及竖向位移与荷载之间的关系,详细分析了梁体破坏过程与破坏特征。研究得到了如下结论:主梁的消压弯矩为1.31倍设计荷载,在加载至2.0倍设计荷载时主梁开始进入塑性阶段,破坏荷载为2.7倍设计荷载;加载过程中底板出现较为明显的横向应变,表明底板具有典型的空间板受力效应;梁体破坏过程表现出明显的延性,表明结构设计合理,具有较强的安全储备。     

侧贴预应力CFRP板加固混凝土梁抗弯性能的试验研究

采用自主研发的碳纤维增强(CFRP)片材锚具及张拉装置,对8根用CFRP板不同形式加固的钢筋混凝土梁模型试件进行抗弯性能试验,研究预应力碳纤维板侧面加固对被加固钢筋混凝土梁的承载能力、使用阶段变形和裂缝的影响,以及被加固钢筋混凝土梁使用阶段碳纤维板的应力分布和延性。试验结果表明:侧贴预应力碳纤维板加固可明显提高受弯构件开裂荷载及屈服荷载,减小构件使用阶段的变形及裂缝;两端可靠锚固能防止剥离破坏,充分利用材料强度,还能同时改善构件的延性性能。     

节段预制胶拼构件轴拉强度试验研究

胶接缝抗拉强度是节段预制拼装混凝土梁抗裂性检算的重要依据。为研究节段预制胶拼构件轴拉强度,设计制作了4个预制胶拼单键混凝土轴向拉伸构件,研制了轴向受拉加载装置,进行了胶拼构件轴向拉伸破坏试验。试验结果表明,胶拼构件轴向受拉破坏过程发展较快,具有明显的脆性破坏特征。构件受拉断裂位置为胶接缝附近,胶接缝的破坏属于混凝土内聚破坏。试验构件的接缝抗拉强度为2.94～3.24 MPa,平均值为3.17 MPa,具有一定的抗拉性能。将试验结果与相关规范进行对比,并简要分析轴拉强度影响因素。建议在预制节段胶拼桥梁的抗裂性设计中,可以适当考虑胶接缝的抗拉强度,减少预应力钢筋用量,提高设计经济性。     

预张碳板加固已承受荷载的RC梁弯曲试验

研究目的:根据外贴纤维增强聚合物(fibre reinforced polymer,简称FRP)片材加固已受荷载作用的RC梁加固材料FRP强度利用率不高、正常使用阶段性能改善不佳等缺点,首先对混凝土梁施加一定的初始荷载,然后对碳纤维增强聚合物(CFRP)薄板施加预应力再锚固并粘贴于混凝土梁受拉面,研究预应力、混凝土梁初始受荷状态等参数对试验梁弯曲性能的影响;对比预应力CFRP板加固构件与普通外贴CFRP板加固受弯构件的承载力、跨中挠度及应变、裂缝扩展情况等,指出预应力碳纤维薄板加固混凝土桥梁方法的可行性和优越性。研究结论:(1)与外贴加固梁相比,预应力CFRP板加固后混凝土梁的屈服荷载、极限荷载分别提高了15.5%和10.5%;(2)位移延性比未加固的基准梁略有降低;(3)纯弯段裂缝间距相对更小,可有效抑制裂缝的扩展,改善混凝土梁使用阶段性能;(4)本研究成果可供桥梁加固研究及应用参考。     

新型FRP筋预应力混凝土梁试验研究与有限元分析

与采用手糊工艺制作的传统FRP筋相比,采用拉挤工艺生产的新型FRP筋具有抗腐蚀性能优良、抗拉强度较高、比重小、弹性模量较低、抗剪强度和抗挤压强度低等特点。本文在国内首次对新型FRP筋有粘结与无粘结预应力混凝土梁的受力过程、破坏形态、预应力筋应力损失、正截面抗裂度以及正截面承载力等受力性能进行了试验研究和非线性有限元分析,并提出了有关设计建议。     

耐候钢管混凝土柱局部轴向受压性能试验研究

研究目的:免涂耐候钢在桥梁中的应用越来越广泛,耐候钢管混凝土桥墩通常出现局部受压荷载工况。为研究矩形耐候钢管混凝土柱轴向局部受压特性,本文结合3根耐候钢管混凝土柱局部轴压试验,采用ABAQUS有限元软件进行模拟计算,结合试验和有限元方法分析局压面积比ψ2、含钢率、混凝土强度、钢管强度等参数对局压耐候钢管混凝土柱力学性能的影响。研究结论:(1)当含钢率小于0.14时,随着钢管厚度的增加,套箍效应对局压承载能力、刚度有很大的提高,当含钢率大于0.14时,继续增加钢管厚度对提高局压承载能力效果不明显,随着钢管厚度的增加,钢管混凝土界面的纵向剪力传递长度变长;(2)对参数进行回归分析发现:局压面积比ψ2、核心混凝土强度、含钢率是影响局压承载力的重要参数,钢材强度对局压承载能力影响较小;(3)提出了耐候钢管混凝土柱局压承载力简化计算公式;(4)本研究成果可为高架桥梁耐候钢管混凝土桥墩设计与应用提供技术支撑。     

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱节点变参数受力分析

预应力型钢混凝土梁-钢管混凝土柱的可靠性是保证框架结构安全的关键。以呼和浩特东站站房为例,采用ADINA有限元软件建立了节点有限元模型,通过变参数分析,研究了节点区加强环板设置方式、厚度及预应力筋截断位置对节点受力性能的影响。结果表明:同时设置内外加强环板并进行圆弧过渡可有效降低环板的应力集中;预应力筋在2. 5倍型钢梁高以外截断时,预应力筋的截断位置对节点的受力影响不大;在设计荷载作用下节点呈非线性弹性变化,具有很好的承载力和刚度,且梁内箍筋最大应力值出现在梁端加强区以外。     

矩形钢管混凝土梁受弯性能试验研究

通过8根矩形钢管混凝土梁的试验,研究分析了矩形钢管混凝土梁的受力特点和承载能力,结果表明：矩形钢管混凝土梁具有优良的变形能力、较高的承载力和稳定的后期承载力与变形性能,钢与混凝土得到了充分利用。将矩形钢管混凝土梁的受力性能与钢筋混凝土梁和钢梁的受力性能进行了对比分析,矩形钢管混凝土梁在承载力、变形能力、经济效益等方面较之其他梁有一定的优势。     

配筋混凝土箱梁长期受力性能的比拟杆分析

为使配筋混凝土箱梁长期受力性能的分析趋于简便,将线弹性匀质箱梁短期弯曲性能分析的比拟杆法推广应用于其长期受力性能的分析。引入按龄期调整的有效弹性模量来考虑箱梁混凝土徐变的影响,基于换算截面的原理来考虑箱梁配筋的影响,建立能综合考虑箱梁受力特征和配筋影响的混凝土箱梁长期受力性能分析的比拟杆法。对一根预应力混凝土模型箱梁进行长达1001d的徐变试验,并用其结果对所提方法的适用性进行验证。结果表明:混凝土箱梁长期受力性能的比拟杆法计算结果与试验结果之间吻合较好。与试验值相比,t0～1001d时段内箱梁顶板混凝土压应变的计算值相差7%～11%、跨中截面长期挠曲变形的计算结果相差9%～17%。随着持荷时间的增长,箱梁顶板的剪力滞系数逐渐减小,持荷1001d后剪力滞系数减小了7.1%。     

客运专线简支箱梁施工整体吊装移动模架设计

研究目的:移动模架原位浇筑施工方法在客运专线简支预应力钢筋混凝土箱梁施工中得到了广泛的应用。但常规的施工方法制梁周期长、人工操作工序多、施工较难控制。如何克服或减少这些缺点是一个值得研究的课题。研究结果:通过理论分析和结构设计,将预制梁场钢筋整体绑扎、整体吊装和内模大块安拆的理念应用到移动模架施工中可以有效减少施工周期、提高移动模架施工的工厂化、标准化水平、减少人为失误,进而提高移动模架原位浇筑施工方法的整体水平。     

1-80m混凝土系杆拱有限元分析研究

研究目的:贵广铁路黄沙河桥采用1-80 m预应力混凝土系杆拱桥,系国内最大跨度的预应力混凝土系杆拱桥(混凝土拱肋),其箱宽较宽,采用单向多室结构。有效宽度、边中腹板厚度比例等均没有规范依据可查,横向环框简化计算模型没有相关的依据。本文利用midas FEA软件对80m系杆拱桥进行实体计算分析,确保结构安全,并对结构尺寸、钢束布置等进行一些探讨。研究结论:梁部的混凝土应力处于合理的水平,结构安全可靠;拱脚位置梁体正应力横向分布不均匀,远离拱脚的梁体截面正应力分布较为均匀;多腹板以及密横隔板形成的纵横向隔板体系增强了梁部结构整体性,箱梁横向位移差最大值仅仅为0.51 mm;设置拱脚竖向预应力能够有效减少拱脚与梁体交界面混凝土的主拉应力,增强交接面的抗剪能力,是必须的。     

高速铁路(110+208+110)m连续梁-钢管混凝土拱屈曲分析

以高速铁路桥梁比较方案(110+208+110) m连续梁-钢管混凝土拱组合结构桥为背景,探求几何非线性及几何-材料双重非线性对大跨度钢管混凝土拱屈曲失稳的影响程度,研究考虑上述非线性因素后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子的衰减系数。结合相关规范和文献,采用空间有限元软件CSIBridge,以钢管混凝土统一理论为材料本构模型建立全桥空间模型,对结构按实际作用荷载工况进行弹性及弹塑性屈曲分析。结果表明:材料非线性对钢管混凝土拱屈曲失稳的影响比几何非线性的影响大得多,考虑几何-材料双重非线性后钢管混凝土拱弹塑性屈曲因子衰减系数约为0.55。桥式方案中钢管混凝土拱弹性及弹塑性稳定系数均满足国家标准及行业标准要求。     

成灌铁路跨度32m预应力混凝土简支箱梁腹板竖向受力性能试验研究

我国客运专线各种标准梁型在实际应用之初均进行了实体箱梁的试验研究工作,以掌握结构的实际受力性能,对于保证箱梁的正常、安全使用起到了重要作用。以新建成灌铁路跨度32m预应力混凝土简支箱梁为研究对象,对梁端变截面处腹板在预施应力条件下的受力状态进行了计算分析和测试,对跨中等截面段腹板在模拟运梁车运梁通过工况下的受力性能进行了计算分析和静载试验。根据箱梁腹板受力性能试验研究结果,对箱梁的截面构造和预应力束布置进行了设计优化、完善,改善了腹板的竖向受力性能,静载试验结果表明在运梁、运营工况下箱梁能满足正常使用要求。     

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。