基于钢束优化配置的PC梁桥长期变形控制

针对大跨度预应力混凝土箱梁桥普遍出现的长期变形过大的问题,通过对预应力钢束配置进行优化,降低最大悬臂施工阶段的初始位移,进而减小过大的长期变形,达到挠度控制的目的.构建单位预应力的挠度矩阵,以挠度为控制目标,利用ANSYS进行钢束优化求解得到钢束最优配置.结果表明,优化设计后的挠度较恒载零弯矩法减小40%.利用ANSYS进行钢束优化设计的方法对预应力混凝土箱梁桥的长期变形控制具有良好的效果.     

预应力混凝土桥梁孔道磨阻现场测试及研究

引用预应力混凝土桥梁孔道摩阻试验原理,针对海南省龙沐湾大道跨西环高铁立交桥预应力混凝土连续箱梁,选取2 m小梁束、25 m梁长中梁N1束(5根)和N3束(4根)、30 m边梁N1束(6根)进行摩阻度检测,结果表明,在现有施工水平下,孔道摩阻系数μ和偏差系数k的实测值与设计取值不同,即预应力筋的预应力损失与设计值略有不同。因此,施工时,应酌情调整张拉控制力。     

预应力摩擦损失的试验研究

通过对某立交桥现浇后张预应力混凝土箱梁预应力钢束的摩擦损失试验，测试并理论计算了预应力的摩擦损失，推导了该桥预应力钢束与金属波纹管之间的摩擦系数和管道偏差系数，指出现行《公桥规》以及当前设计工作中有关预应力摩擦损失计算的不足，并提出相关建议。     

刚度高温衰变的混凝土箱梁预应力时程损失研究

采用热力耦合计算方法,考虑延火方式、延火时间、钢束型式等参数,通过材料刚度高温衰变的虚拟层截面等效计算,分析了不同型式的混凝土箱梁预应力时程(沿时间变化)损失分布,研究了不同延火方式的预应力时程损失变化率,揭示了刚度高温衰变的混凝土箱梁预应力时程损失规律。结果表明:混凝土箱梁的预应力损失变化率受延火方式、延火时间和钢束型式的影响显著;随延火时间的增加,混凝土箱梁预应力时程损失呈指数型式增大;延火前期混凝土箱梁预应力时程损失增长率大,延火后期混凝土箱梁预应力时程损失增长率小,延火前期和延火后期的时间分界点为40~60min;拟合建立了混凝土箱梁预应力时程损失计算公式,公式简洁。此研究可为火灾下预应力混凝土梁桥的刚度退化及灾后评价提供依据。     

基于渐进演化类拓扑优化的PC小箱梁预应力钢束设计

渐进演化类拓扑优化方法在预应力混凝土小箱梁的预应力钢束优化设计中具有广阔的应用前景。以1片30 m简支预应力混凝土小箱梁为对象,借助ANSYS有限元平台开展了基于渐进演化类拓扑优化的预应力钢束设计,首先对结构进行实际设计工况下的二维及三维拓扑优化,两者得到的最优拓扑结构基本类似;然后根据二维最优拓扑结构构建组合模型并进行模型分析,按照组合模型的受力特性优化布置箱梁的预应力钢束。与传统设计方法的对比结果表明：在正常使用极限状态下,经优化后的箱梁满足各应力验算要求,跨中部位上缘压应力增加14.2%,下缘拉应力减少13.8%,有效预防了箱梁下缘裂缝的产生,并降低了跨中挠度。     

装配式先张工字梁模拟和分析

采用ABAQUS软件,建立了先张法折线预应力工字梁精细模型,研究了普通钢筋对工字梁受力性能的影响,讨论了转向器拉杆对折点部位局部应力的影响。结果表明:计算的梁体应力及预应力损失和测试结果一致,建立的工字梁精细模型合理有效;不考虑普通钢筋影响将使梁体竖向变形增加14%,纵向变形增加11%,混凝土应力增加11%;转向器竖向拉杆能显著减缓钢束折点处的应力集中作用,钢束预应力损失随高度增加而呈线性减小;折线钢束预应力损失沿梁长变化显著,呈折线分布趋势。     

连续箱梁桥孔道摩阻试验研究

对宁杭客运专线连续箱梁桥8孔预应力筋的管道摩阻进行试验,其中2孔直线束,采用规范公式求出孔道偏差系数为0．0021,6孔曲线束采用最小二乘法进行求解,得出孔道偏差系数为0．002,摩擦系数为0．26。实测值与设计值吻合较好,表明孔道成孔良好,符合设计要求。预应力筋实测伸长值与理论值相对误差在±6％以内,满足预应力筋张拉的“双控”要求。采用规范公式和简化公式对实测伸长值的计算表明,简化公式可以满足工程应用要求,实际施工可按两阶段进行张拉,简化施工程序,提高施工效率,具有较高的社会经济效益。     

体外预应力简支混凝土梁基频的理论与实验研究

利用动力学原理推导了体外预应力简支混凝土梁的自振频率计算公式,进行了6根不同布筋方式的体外预应梁的动测试验,理论值与实测值比较发现,计算结果与实测值在张拉预应力阶段的最大误差是12.67%,在加载阶段二者间的最大误差亦在30%以内,还讨论了该公式的主要影响因素及实用性.     

大跨度连续梁桥温度效应分析与实验研究

置于外界环境中的桥梁受到外界影响而产生的温度效应通常难以计算.结合美景大桥的监控工作,采用"时间-温度-变形-应力"同步的测试手段,对该桥箱梁的温度场及其效应进行了现场实测;运用有限元分析软件MIDAS CIVIL分析箱梁桥的温度场,验证了MIDAS CIVIL温度场分析结果的正确性.对比分析了理论计算值与实测值间的误差,更好地把握温度效应影响的大小,为桥梁施工监控中的主梁立模标高实时修正提供依据,并为预应力连续箱梁桥选择合适的合拢温度.     

等截面波形钢腹板连续箱梁竖向基频的参数研究

制作了波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁的室内试验梁模型,对其竖向基频进行了实测,并利用ANSYS有限元分析软件求得其有限元值,试验梁的有限元值与实测值吻合良好,验证了有限元分析方法的精度和可行性.在此基础上,利用ANSYS有限元分析软件研究了等截面波形钢腹板连续箱梁的横隔板、预应力、波纹形状及跨径对其竖向基频的影响程度,分析结果表明,横隔板、预应力和波纹形状对其竖向基频的影响很小,而跨径对其竖向频率的影响较大.同时发现,《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)中连续梁基频的估算公式不适用于波形钢腹板连续箱梁的竖向基频估算,因此本文对估算公式进行了修正,本文的研究成果能为类似波形钢腹板连续箱梁的竖向基频计算提供参考依据.     

钢腹杆PC组合梁桥抗弯性能

为研究钢腹杆PC组合梁桥的抗弯性能,开展了钢腹杆PC组合梁模型试验,研究了钢腹杆PC组合梁混凝土顶底板应变与主梁变形等随荷载的变化规律,揭示了组合梁弯曲应变沿截面高度的分布规律,得到了组合梁的破坏模式;进行了钢腹杆PC组合梁有限元参数分析,探讨了主梁高跨比和偏载效应对钢腹杆组合梁抗弯性能的影响;提出了钢腹杆PC组合梁截面开裂弯矩、钢筋屈服弯矩和极限弯矩计算方法。研究结果表明：钢腹杆PC组合梁桥的破坏过程包括弹性阶段、开裂弹性阶段、弹塑性阶段和失效阶段。在弹性阶段和开裂弹性阶段,钢腹杆PC组合梁截面顶底板变形满足“平截面假定”。钢腹杆PC组合梁跨中截面的变形与应力随高跨比的增大而减小。对于自重较小的钢腹杆组合梁桥,偏载对组合梁变形与应力的影响较大,且变形与应力增大系数随高跨比的增大而增大。与有限元和试验结果相比,本文提出的钢腹杆PC组合梁开裂弯矩、钢筋屈服弯矩和极限弯矩的计算方法具有较高的精度。     

预防大跨PC连续刚构桥开裂和下挠技术

针对大跨预应力混凝土（PC）连续刚构桥普遍存在梁体开裂和跨中下挠的问题,从PC连续刚构桥的病害根本成因出发,分析了预应力损失和跨中下挠对结构性能的影响.有针对性地提出预防梁开裂和跨中过度下挠的设计与施工技术,包括临时斜拉索辅助合拢、合拢顶推、施工张拉临时体外束、负弯矩区底板增设劲性钢骨架、超长纵向预应力筋优化以及斜向布置竖向预应力筋.有限元分析结果表明,上述技术能够使大跨PC连续刚构桥跨中下挠减少30%以上,纵向预应力损失减少39.6%,腹板主拉应力大幅降低,改善结构开裂和下挠的效果十分明显.     

用于结构状态判别的PC斜拉桥温度效应

温度效应对PC斜拉桥的结构状态判别至关重要。以天津永和大桥的维修为工程背景,分析了PC斜拉桥的温度效应,包括体系温差、索梁温差、主梁温度梯度、索塔温度梯度等对桥面线形、塔顶偏位、索力的影响。根据永和大桥前后2次维修的实测数据,验证了基于现行规范的PC斜拉桥温度效应分析方法的有效性,给出了结构状态判别中温度效应修正的方法和步骤。结果表明,体系温差和索塔温度梯度对塔顶偏位的影响较大,而索梁温差是影响主梁竖向变位的主要因素。尽管运营多年的旧桥结构的刚度退化可能会导致计算结果与相应的实测值出现一定的误差,但将基于现行规范的温度效应计算结果用于既有PC斜拉桥的结构状态判别基本上是可行的,可供同类型桥梁维修设计及施工控制参考。     

预应力UHPC连续刚构桥的优化设计

为了充分发挥UHPC的材料特性,通过有限元和理论分析,从箱梁截面尺寸和体内、外预应力配置两个方面对苏通大桥辅航道桥进行优化设计,提出了体外预应力UHPC结构的抗弯强度简化计算公式,并将其静力特性和经济性与普通混凝土刚构桥进行了对比分析.结果表明,在满足规范规定强度和刚度的要求下,UHPC主梁比一般混凝土主梁的自重减轻约43%,抗弯承载力提高80%以上.上部结构的减重提高了箱梁抵抗使用阶段荷载的有效性,有利于提高预应力混凝土梁桥的经济跨径.     

Dynamic analysis and modal test of long-span cable-stayed bridge based on ambient excitation

To study the stiffness distribution of girder and the method to identify modal parameters of cable-stayed bridge, a simplified dynamical finite element method model named three beams model was established for the girder with double ribs. Based on the simplified model four stiffness formulae were deduced according to Hamilton principle. These formulae reflect well the contribution of the flexural, shearing, free torsion and restricted torsion deformation, respectively. An identification method about modal parameters was put forward by combining method of peak value and power spectral density according to modal test under ambient excitation. The dynamic finite element method analysis and modal test were carried out in a long-span concrete cable-stayed bridge. The results show that the errors of frequencies between theoretical analysis and test results are less than 10% mostly, and the most important modal parameters for cable-stayed bridge are determined to be the longitudinal floating mode, the first vertical flexural mode and the first torsional mode, which demonstrate that the method of stiffness distribution for three beams model is accurate and method to identify modal parameters is effective under ambient excitation modal test.     

连续刚构桥钢束张拉次序对预应力损失影响研究

依托预应力顶、底板钢束同时存在的连续刚构桥—老窝河特大桥,选取典型工况,应用有限元软件Midas/civil分析了预应力分批、同步张拉次序的不同对预应力损失的影响。研究表明先张拉顶板束预应力损失略小于先张拉腹板束。在实际工程中可根据现场条件选择合适的预应力张拉方式。     

多跨连续梁桥顶推施工双导梁的优化分析

为了合理选择多跨混凝土连续梁桥顶推施工中前后双导梁的长度、单位荷载集度及抗弯刚度等参数,以三跨等跨混凝土连续梁桥为例,构建主梁-双导梁的计算简化模型. 利用位移法建立节点平衡方程,推导出各个节点的内力解析表达式. 分别研究不同导梁参数对支点最大负弯矩和跨内最大正弯矩的影响,揭示了在顶推施工过程中主梁内力的变化规律. 以实桥数值算例为例,提出合理、严谨的导梁参数优化计算方法,获得最优的导梁参数. 基于不同的前后导梁长度,分析不等跨连续梁桥的内力变化规律. 研究结果表明,等跨连续梁桥中不同导梁长度会影响顶推阶段,对于不等跨连续梁桥更加复杂. 在不等跨连续梁桥中,后导梁长度对支点最大负弯矩的影响较小,前导梁长度对支点最大负弯矩的影响较大. 实桥算例中导梁的最优长度比、单位荷载集度比及抗弯刚度比分别为0.78、0.14及0.39,提出的导梁参数优化计算方法简单,可以对不同的截面形式进行优化.     

大跨度预应力混凝土箱梁桥开裂病害

为了研究大跨度预应力混凝土箱梁桥的开裂病害与其空间应力状态的关系,采用8节点实体退化板壳单元编制有限元软件对大跨度预应力混凝土连续箱梁桥进行空间应力分析,研究恒载、箱梁刚度、有效预应力和温度等因素对箱梁截面最大主拉应力的影响程度和影响规律;探讨设计中采用的活载应力放大系数的取值合理性;提出了控制箱梁混凝土开裂的二轴强度...     

大跨度斜拉桥双边箱梁剪力滞效应研究

为明确宽幅薄壁双边箱梁斜拉桥在最大悬臂施工阶段主要荷载对剪力滞效应的影响,以某斜拉桥为研究对象,采用有限元方法计算分析了混凝土双边箱梁截面在不同荷载单独作用及组合作用下的剪力滞效应。分析表明,自重作用下,距离塔根越近,箱梁剪力滞效应越明显;斜拉索索力对主梁剪力滞效应影响规律与自重类似;纵向预应力作用下,全桥剪力滞效应不明显;通过调整纵向预应力及斜拉索索力参数,可以优化双边箱梁的剪力滞效应。     

大跨径PC连续刚构桥施工控制参数敏感性分析

大跨径PC连续刚构桥施工控制参数的变化往往会改变结构的线形与应力状态,从而影响桥梁的合龙精度与最终成桥状态的结构内力。为研究施工控制参数的敏感性,本文以巴河大桥为工程背景,结合有限元方法,借助仿真计算软件,分析主梁悬臂施工过程中材料容重、结构刚度、预应力损失、混凝土收缩徐变、温度、基础沉降等6大主要参数对桥梁结构线形和应力的影响。结果表明:混凝土容重增大会加大主梁下挠,而对梁截面应力无明显影响;预应力损失对主梁的线形影响最大,当预应力损失达到20%时,主梁最大挠度将增加250%;混凝土收缩徐变、环境温度对跨中线形影响最大,而对0#块根部影响较小;基础不均匀沉降对结构的线形影响呈抛物线形式分布,各参数对主梁挠度的影响大于对梁截面应力的影响。