铰缝损伤对装配式空心板桥受力性能影响研究

在役装配式空心板桥横向联系受设计、施工及运营各因素的影响,易出现铰缝损伤病害。为研究铰缝损伤对空心板桥结构性能的影响,论文根据现场空心板桥铰缝病害调研结果对铰缝损伤位置、损伤长度和损伤程度3种损伤类型分布特点进行统计分析;采用梁格法建立空心板桥有限元模型,对比分析了铰缝在不同损伤工况及类型下(长度、深度和位置)对结构受力性能影响。研究结果表明:(1)铰缝损伤位置越靠近跨中对于梁板受力的影响越大。(2)随着铰缝损伤长度增加,中板单侧损伤下活载弯矩增幅呈线性递增,而边板单侧损伤和中板双侧损伤均会导致梁板产生"单板受力"效应,其"单板受力"临界长度分别为0.6L和0.7L。(3)损伤长度或损伤深度二者之一较小时,活载作用下梁板弯矩和挠度变化很小;当损伤长度和损伤深度均较大时,活载作用下的梁板弯矩和挠度增幅明显。(4) 20 m标准空心板的中板单板受力时抗弯承载能力不满足规范要求,边板单板受力时抗弯承载能力和抗裂验算不满足规范要求。研究结果为空心板铰缝损伤下的结构安全评估及管养提供有益参考。     

采用横向预应力的装配式空心板桥受力性能与设计计算方法

为了提高铰缝结合面的开裂荷载和破坏荷载,解决空心板桥横桥向受力问题,研究了采用横向预应力的装配式空心板桥的受力性能,采用局部模型试验的方法分析了铰缝结合面受力机理,采用足尺模型试验的方法研究了空心板桥整体受力性能,并基于铰缝结合面受力机理,确定了横向预应力的上、下限,进而提出了横向预应力设计计算公式。试验结果表明：采用横向预应力结合面的法向和切向黏结强度分别为1.40~1.45和0.50~0.62 MPa,较未采用横向预应力分别提高了8.1%~12.5%和12.4%~38.3%,而且提高横向预应力可以提高结合面的法向和切向黏结强度;采用横向预应力的空心板桥足尺试验模型的破坏模式表现为空心板的开裂破坏,试验过程中未出现铰缝开裂现象;横向预应力的施加可以提高空心板之间的横桥向联系,避免结构由于铰缝结合面损伤而丧失横向传递荷载的能力并导致结构破坏,提高空心板桥的极限荷载;提出的横向预应力设计计算公式可以较好地计算空心板桥横向预应力的设计值。     

空心板桥铰缝失效综合处治

空心板桥具有自重轻、结构性能好、施工方便、可大批量工厂化集中预制等诸多优点而被广泛使用。但是在使用过程中,发现此类桥梁普遍存在铰缝破坏失效的情况,出现纵向裂缝等病害,导致桥梁出现单板受力,严重影响桥梁使用。对铰缝的工作原理及破坏原因进行分析归纳,并通过有限元模拟分析铰缝失效后桥面板的受力状态,总结出针对空心板桥铰缝失效、破坏后的处治措施。     

装配式混凝土空心板铰缝病害分析

针对装配式混凝土空心板桥梁出现的铰缝纵向开裂的典型病害,以混凝土空心板桥铰缝的受力机理为基础,从设计、施工、运营管理等方面对铰缝病害产生的原因进行了分析,并给出了相应的对策,可供参考.     

新旧空心板桥拼接铰缝受力分析

以某高速公路空心板加宽为例,使用梁格法对新旧空心板桥拼接铰缝进行受力分析,可为拼接铰缝的设计提供依据。     

基于瞬态动力分析的装配式板桥铰缝损伤识别

根据铰缝在装配式板桥传递荷载的作用,通过数值计算方法模拟了装配式板桥在铰缝损伤后的瞬态动力学响应,比较分析了不同损伤程度、不同动荷载加载位置下各板跨中加速度幅值,提出利用多次冲击实验下各板加速度幅值比之差值作为铰缝损伤的评定依据的识别方法,并分析了这种方法的可行性。     

新型装配式倒T形空心板桥受力性能

为解决现有装配式空心板桥的铰缝病害, 提出了一种新型装配式倒T形空心板桥; 进行了跨径8 m的倒T形空心板桥足尺模型试验和非线性有限元分析, 研究了车辆荷载作用下倒T形空心板桥各组成构件的应力、挠度和裂缝分布等, 得到了倒T形空心板桥的受力机理与破坏模式; 对比了倒T形空心板桥与带门式钢筋空心板桥的受力性能, 验证了倒T形空心板解决铰缝开裂问题的有效性。研究结果表明: 倒T形空心板桥的破坏过程分为弹性阶段、空心板开裂阶段、现浇结构层混凝土开裂阶段和受拉钢筋与钢板屈服阶段, 其整体受力性能良好, 极限荷载是带门式钢筋空心板桥的1.4倍; Ω形钢板上方受拉区混凝土首先达到拉应力限值3.17 MPa, 是受力薄弱部位; 由于Ω形和L形钢板的设置, 现浇结构层混凝土开裂时, 与结构层等高度的各结合面处的法向和切向黏结应力均不会超过限值2.30和0.29 MPa, 避免了结合面的黏结失效; 与带门式钢筋的空心板桥相比, 倒T形空心板构造不会减小空心板的开裂荷载, 且新旧混凝土结合面开裂在空心板开裂之后, 可从根本上解决传统空心板桥在车辆荷载作用下铰缝先于空心板开裂的问题。     

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。     

支座脱空病害对空心板主梁及铰缝的受力影响分析

为了得到支座脱空对空心板主梁及铰缝受力的影响,以交通部2008版13m空心板桥为基础,建立了三维实体有限元分析模型,进行了空心板铰缝在自重、二期恒载及车辆荷载作用下不同支座脱空工况的受力性能分析.研究结果表明,支座脱空会造成部分空心板主梁及铰缝的横向正应力和竖向剪应力增大,使得空心板和铰缝处于不利的受力状态,从而产生横...     

斜交装配式空心板桥受力性能影响分析

装配式斜交空心板桥受力性能较复杂,与正交桥有很大差别。以某高速公路斜交空心板桥计算为背景,对同情况不同斜交角度的空心板桥进行模型计算分析,并与空心板直桥计算结果对比,得出斜交空心板桥存在有效计算跨径的概念,其基频、横向分布系数、弯矩、最大位移均是受到有效计算跨径的影响,表现出斜交空心板桥不同于同跨径直桥的一些主要特性,进而可以参考并推广到其他类型斜桥的受力性能分析。     

结合面底部设开孔钢板的铰接空心板力学性能

针对现有铰接空心板桥的薄弱部位——铰缝, 提出一种在空心板与铰缝结合面底部设开孔钢板的空心板构造, 通过开孔钢板改变结合面裂缝开展的路径, 达到延缓空心板与铰缝结合面通缝形成的目的, 并进行了8m跨径的铰接空心板足尺模型试验。在试验和非线性有限元分析的基础上, 与结合面底部带钢筋的铰接空心板试验进行了对比。分析结果表明: 当试验荷载为100kN (1.43倍车辆荷载) 时, 空心板跨中出现横向裂缝, 空心板梁整体刚度降低, 空心板受力状态由弹性阶段进入弹塑性阶段; 在试验荷载加至300kN (4.29倍车辆荷载) 为止的整个加载过程, 未观察到空心板与铰缝结合面底部出现裂缝; 当结合面底部设门式钢筋时, 裂缝沿结合面从下向上扩展, 最终形成通缝, 然而, 当结合面底部设开孔钢板后, 铰缝沿结合面开裂至开孔钢板下方后, 裂缝的扩展需要绕过开孔钢板, 使得开孔钢板下方铰缝混凝土开裂后, 再沿开孔钢板上方结合面向上扩展, 形成通缝; 铰缝开裂荷载由结合面设置钢筋的69kN (0.99倍车辆荷载) 提高到314kN (4.49倍车辆荷载), 提高了3.50倍; 铰缝形成通缝时的荷载由结合面设置钢筋的199kN (2.84倍车辆荷载) 提高到489kN (6.99倍车辆荷载), 提高了4.51倍。可见, 在结合面底部设开孔钢板后, 铰缝裂缝开展路径发生变化, 延缓了空心板与铰缝结合面的开裂。     

结合面底部带门式钢筋的铰接空心板破坏模式分析

以在空心板与铰缝构造结合面底部布设门式钢筋的深铰缝构造为研究对象, 参照2007年交通运输部颁布的装配式空心板桥标准图, 设计了一跨8 m足尺模型, 通过试验和非线性有限元法分析了车辆荷载作用下铰接空心板破坏类型、破坏位置与开裂荷载等破坏模式。分析结果表明: 试验验证了铰接空心板非线性有限元模型能较好地模拟铰接空心板在车辆荷载作用下的受力性能; 在空心板与铰缝结合面的三个方向的黏结滑移关系中, 应以竖向相对滑移量作为结合面黏结破坏失效的指标; 在车辆荷载作用下, 空心板与铰缝结合面是最薄弱的受力部位, 当荷载达到69 kN(0.99倍车辆荷载)时, 空心板与铰缝结合面底部开裂, 但当荷载达到85 kN(1.21倍车辆荷载)时, 空心板跨中截面底部才出现横向裂缝; 与在结合面底部不设门式钢筋的空心板相比, 在结合面底部设置门式钢筋后虽不能明显提高铰缝构造的开裂荷载, 但可以将铰缝通缝荷载从140 kN(2.00倍车辆荷载)提高至199 kN(2.84倍车辆荷载), 且不出现贯通的纵桥向裂缝。     

斜拉桥桥塔节段力学性能

基于宁波市外滩大桥桥塔节段, 采用预应力钢绞线自平衡加载方式进行1∶3.34桥塔节段缩尺模型荷载试验, 采用非线性有限元方法, 研究了考虑初始缺陷和局部屈曲的桥塔节段的传力路径、受力特性、实际承载能力和局部失稳机理。研究结果表明: 外荷载主要由主塔两外箱各板件承担, 从靠近截面突变处开始, 外箱和内箱各板的应力分别呈现递增和递减的趋势, 内箱承受的外荷载逐渐向外箱传递, 各板应力最大值均出现在截面形状突变处; 根据截面平均应力与测点应力的关系可将桥塔节段测点分成轴压、向钢箱内、外侧压弯三类; 试验得到桥塔节段的强度折减系数大于0.90, 且采用有限元分析得到节段模型的极限荷载是理论极限荷载的1.06倍; 虽然纵向加劲肋和横隔板结构能有效防止桥塔结构中加劲板件的局部屈曲, 但因截面突变处容易造成应力集中, 是最易发生局部屈曲破坏的位置, 因此, 应注意截面突变处外箱顶底板与内腹板交接附近的纵向加劲肋的设计与施工; 在极限荷载作用下, 外箱各板件在截面突变处会因局部屈曲而导致无法继续承载。     

无缝化改造的空心板桥受力性能

对某多跨空心板桥进行了无缝化改造, 简支板改为双排支座连续板, 桥台改为延伸桥面板桥台, 取消了全桥的伸缩装置; 测试了实桥静动载, 研究了无缝化改造后的多跨空心板桥受力性能; 应用有限元模型, 计算了结构受力、承载力、引板受力及单、双排支座对结构力学性能的影响。测试结果表明: 无缝化改造后的桥梁实测基频为8.60Hz, 高于改造前的5.37Hz, 4种车速下实测冲击系数最大值为1.11, 小于《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60—2004) 的计算值1.36, 应变与挠度校验系数均小于0.95, 因此, 无缝化改造提高了全桥整体性能, 改善了行车条件。有限元分析结果表明: 无缝化改造后桥梁基频的计算值为8.48Hz, 实测基频与计算基频比值为1.01, 因此, 改造后桥梁功能状况良好; 跨中截面的正弯矩明显降低, 第2跨跨中降幅最大, 达15.6%, 但内支座处出现了负弯矩, 同时剪力增大, 最大增幅为18.2%;跨中挠度明显降低, 以第2、3跨降幅最大, 达35.5%, 桥梁整体刚度明显提高; 最大裂缝宽度计算值为0.15mm, 小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62—2004) (简称《桥规》) 规定的0.20mm, 承载力、挠度和裂缝宽度验算均满足《桥规》要求; 支座排数对上部结构的受力影响较小, 采用双排支座是可行的; 引板与地基的摩擦因数对引板和铺装层轴向力影响较大, 对弯矩影响较小; 引板和铺装层最大拉应力分别为0.87、1.25MPa, 满足设计强度要求。     

基于改善响应面法钢箱叠合拱桥梁端转角的可靠度分析

基于改善响应面法,结合Matlab与MIDAS CIVIL计算程序,以我国高铁第一座钢箱叠合拱桥哈大高速铁路新开河特大桥为工程背景,计算分析了该桥梁端转角的可靠度.结果表明该桥的转角可靠度符合要求.     

连续刚构拱组合桥锚固区局部应力模型试验

为探讨连续刚构拱组合桥锚固区的局部应力,以宜万铁路宜昌长江大桥——连续刚构-钢管混凝土柔性拱新型组合桥为工程背景,分别进行了顶、底板模型试验,并与数值计算进行了比较,获得了锚固区局部应力的传递规律.此外,讨论了锚固区裂缝产生的原因.研究结果表明:在纵向预应力张拉过程中,箱梁锚固区始终处于弹性工作状态,锚垫板下混凝土受力是安全的;模型各测试截面混凝土测点应力与施加的荷载呈线性关系,结构处于弹性受力状态.