混凝土箱肋拱桥加固改造方法探讨

结合广西桂柳高速公路五里大桥的加固实践，总结出横向联系较弱和拱肋箱壁薄是混凝土箱肋式拱桥上部结构产生病害的主要原因。通过在拱上立柱间增设横向钢斜撑，加强拱肋和拱上建筑的横向联系，提高结构的整体受力性能；同时，采用粘贴钢板法来提高拱肋和拱上建筑等混凝土构件的抗弯或抗剪承载力。空间有限元分析和理论计算表明，加固后关键截面的弯矩值降幅在10％以上；粘贴钢板对构件承栽力有大幅提高。从加固前后的荷载试验结果来看，加固后结构在竖向刚度、横向分布、基频和冲击系数等方面得到较大的改善，表明本加固方法能大幅提高箱肋式拱桥的受力性能和横向整体性能。     

受压UHPC圆形墩柱抗冲击试验及简化分析方法

为了研究受压UHPC墩柱的抗冲击性能,开展UHPC墩柱和普通钢筋混凝土墩柱的落锤冲击试验,试验变量为轴力。试验中测量冲击力和墩柱位移,并采用高速摄像机记录冲击过程中墩柱裂缝发生、发展直至破坏的全过程。在此基础上,建立基于纤维非线性有限元和两自由度质量-弹簧-阻尼系统的简化分析方法,用于分析受压墩柱的冲击响应。通过与试验结果对比,验证简化分析方法的有效性。基于简化分析方法进行了墩柱抗冲击极限承载能力分析和参数影响分析。研究结果表明：受压UHPC墩柱的抗冲击能力显著优于普通混凝土墩柱,多次冲击作用下总耗能远高于普通混凝土墩柱;UHPC具有良好的抗压性能和耐撞性,促使了压力拱效应的出现,能够显著提高受压墩柱的抗冲击性能;无轴压UHPC墩柱在冲击作用下呈现出典型的少筋破坏,当UHPC用于受弯构件或低轴力情况时,相比普通钢筋混凝土构件需提高最小配筋率要求;受压UHPC墩柱耗能能力约为普通混凝土墩柱的2.27倍;当冲击能量一定时,提高受压UHPC墩柱的配筋率和配箍率,能有效地减小墩柱跨中峰值位移和残余位移,但峰值力变化较小;相同配筋率时,提高冲击能量,跨中位移、残余位移、冲击力峰值也相应增大。     

UHPC中短栓钉抗剪性能试验及理论分析

为深入研究超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）中短栓钉的抗剪性能,提出精细化的计算理论和方法,指导工程设计,共完成9个静力推出试验。试件参数包括短栓钉直径、界面处理情况以及加载方式。根据试验受力模式,提出了一种三维精细有限元分析模型,利用ABAQUS显式分析方法,探讨焊缝形式、短栓钉直径、短栓钉高度、UHPC强度等参数对UHPC中短栓钉抗剪性能的影响。最后结合试验数据及有限元分析结果提出UHPC中短栓钉荷载-滑移全曲线实用经验公式和抗剪承载力计算公式。试验及分析结果表明：短栓钉抗剪承载力主要受短栓钉直径和焊缝形式的影响,随短栓钉直径的增大而提高,有限元中模拟焊缝相比于不模拟焊缝时短栓钉抗剪承载力提高48%~93%;短栓钉抗剪刚度主要受短栓钉直径和界面处理情况的影响,界面黏结将提高抗剪刚度;加载方式（单调加载和循环加载）、短栓钉高度和UHPC强度对短栓钉抗剪性能影响较小;2种不同直径短栓钉最大滑移均不超过4 mm,设计时可按照弹性连接件设计方法计算;收集的国内外68组有效试验数据与理论计算结果吻合度较高;建议取0.3P_u~0.4P_u（短栓钉抗剪承载力）处的割线刚度平均值作为UHPC中短栓钉抗剪刚度,抗剪刚度试验值与理论计算结果对比表明该方法具有较高的精度。     

全预制轻型预应力UHPC薄壁盖梁抗剪性能试验

为解决桥梁装配式施工中传统混凝土盖梁自重过大、整体吊装困难的难题,提出全预制轻型部分预应力超高性能混凝土（Ultra-high-performance Concrete,UHPC）薄壁盖梁的设计方案。为研究UHPC薄壁盖梁的斜截面抗裂性能及抗剪承载力,完成1根相似比1：2的大比例UHPC薄壁盖梁共2次模型试验,获得模型从加载到破坏全过程的开裂和破坏荷载、裂缝和变形分布规律等关键试验结果;分析梁体应变、预应力、裂缝的分布规律,考虑UHPC的应变硬化特征,基于材料力学公式提出斜截面开裂剪力的理论计算方法,考虑UHPC结构裂缝分布和结构形状系数等,提出斜裂缝宽度的计算公式。按照不同规范对UHPC盖梁抗剪承载力进行计算对比,以法国UHPC规范为基础,对比分析UHPC基体、箍筋、钢纤维及纵筋销栓作用对结构抗剪承载能力的影响程度。研究结果表明：计算结果与模型的开裂剪力以及裂缝宽度吻合良好;各国规范均低估了UHPC结构的抗剪承载能力;提出的UHPC盖梁具有自重轻、施工快捷等特点,充分利用了UHPC的超高抗拉性能和应变硬化特征,具有优异的斜截面抗裂性能以及抗剪性能;建议取消弯起钢筋、适当增加预应力筋,浇筑UHPC时应增设抗浮措施等。研究成果可为UHPC盖梁的应用提供参考。     

基于快速DIC与正则化平滑技术的结构形变测试

传统的有接触结构形变测试存在现场操作困难、多点测试不便、测试成本高等问题,难以应对工程结构形变测试中较为复杂的应用场景。为实现无需人造靶标、可远距离测试且具有较高测试精度的非接触无靶标形变测试,针对采集的结构形变视频图像,引入数字图像相关（Digital Image Correlation,DIC）技术,采用基于Fourier变换的互相关整像素匹配算法与反向组合高斯-牛顿迭代亚像素匹配算法,利用英伟达公司的CUDA并行计算平台,实现结构多点动位移时程的快速测试;基于有限元应变计算与正则化平滑理论,采用位移场后处理方式实现结构连续与非连续应变场的计算。对DIC匹配算法的精度及运算速度、应变算法处理连续与非连续位移场的性能进行对比分析;对超高性能混凝土墩柱抗冲击试验及拱桥吊杆振动试验视频数据进行处理,得到多点位移（频率）测试结果,并与传统测试方法进行对比分析;对砂体抗拔试验及混凝土梁抗弯试验视频进行处理,以云图方式展现位移场与应变场的分布,并与基于逐点最小二乘法的应变测试结果进行对比。研究结果表明：基于快速DIC与正则化平滑技术的非接触结构形变测试方法在结构多点变形、位移频谱及应变场,特别是非连续应变场的测试中得到了较理想结果,具有一定的工程应用价值。     

脱粘对桁架式钢管混凝土拱肋刚度影响研究

定量分析了钢管与核心混凝土之间的脱粘对桁架式钢管混凝土拱桥整体刚度的影响程度.基于完全脱粘计算模型,以一桁架式钢管混凝土悬臂梁为例,揭示了脱粘使桁架式钢管混凝土拱肋抗弯刚度降低的机理.采用有限元方法,以一桁架式钢管混凝土拱肋为例,分析了在完全脱粘情况下矢跨比、桁高、钢管壁厚和荷载作用方式对桁架式钢管混凝土拱肋刚度的影响...     

钢板条-UHPC组合桥面结构静力及疲劳试验

应用UHPC加固正交异性钢桥面时,由于钢面板存在贯穿型裂缝导致UHPC底面抗裂无法满足要求,提出一种新型钢板条-UHPC组合桥面结构。对12个正弯矩作用下钢板条-UHPC组合桥面构件进行静力参数试验,讨论构件的破坏模式及裂缝的发展与分布;对4个构件进行抗弯疲劳试验,研究构件在不同荷载幅作用下的刚度衰减、裂缝扩展、剩余强度,并提出适用于该类构件的S-N曲线。研究结果表明：带钢板条构件裂缝宽度达到0.05 mm时,具备超过20.1~28.0 MPa的名义开裂强度,相比无钢板条构件的7.2~9.7 MPa,对UHPC的抗裂性能强化作用明显;提高钢板条宽度对于UHPC的开裂抑制作用明显,可有效降低平均裂缝间距而延缓裂缝宽度的持续扩展;提高钢板条宽度与UHPC层厚均可大幅提高组合桥面构件的刚度,使得构件在弹性极限后进入更高的强化阶段;钢板条-钢面板连接方式对于构件的破坏模式和裂缝发展无影响;荷载比S≤0.43时,构件在1 000万次疲劳作用后,刚度未现折减,裂缝宽度仅0.03 mm,可认为当S<0.43时,构件具备无限疲劳寿命;S≥0.76时,构件早期存在极高的损伤积累,当刚度开始衰减后,短期内即会达到疲劳寿命极限;对于S为0.43~0.76的构件,UHPC裂缝扩展缓慢,开裂后在短期内不会出现明显刚度衰减,剩余疲劳寿命较高;直接采用目前的疲劳寿命评估方法对4个构件的进行评估,结果差别较大;结合试验结果,提出了针对钢板条-UHPC组合构件的S-N曲线,可为类似结构的疲劳寿命评估提供参考。     

斜拉索索状态的精确计算

介绍了计算斜拉索的3种方法：悬链线法、抛物线法和有限元法，推导了悬链线法弹性伸长的计算公式，推导出了斜拉索精确的计算公式。结合长沙洪山庙大桥实际施工中的挂索问题，运用3种方法对3根代表性的索进行了计算，分析了3种方法的优缺点。     

桥梁全寿命设计方法框架性研究

分析了目前桥梁设计方法存在的问题,在寿命周期成本分析的基础上,提出了一种新的基于桥梁性能的桥梁全寿命设计方法和思路,即在满足桥梁服务水平的前提下,以桥梁寿命周期成本最小为优化目标对设计方案进行评估。研究了桥梁寿命周期成本的组成,并以此建立混合寿命周期成本优化模型,通过优化分析,得到最优的桥梁设计方案。通过算例研究,验证了该方法的有效性。该方法的实现不仅能保证桥梁提供长期稳定的服务水平,而且能起到控制长期投资、减小对社会不利影响的目的。     

二次预应力超薄梁徐变效应试验研究

预应力混凝土超薄结构应用于多层立交中将产生巨大的经济和景观效益,但在超薄梁上施加预应力将导致反拱过大和徐变长期反拱不断发展。针对为解决此问题提出的二次预应力新型结构,推导了二次预应力结构任意时刻徐变和徐变内力的计算公式;并且通过与常规预应力梁的对比试验研究,证明了二次预应力能大大改善预应力混凝土梁的变形性能。二次预应力超薄结构在控制变形中的优势,使其有着广阔的应用前景。