装配式空心板斜交桥梁横向预应力的抗裂性能研究

与普通直桥相比,装配式空心板斜交桥梁的特殊之处在于其带有一定角度的端部。在斜桥两直边施加横向预应力时,端部达不到预压的效果。针对这一问题,提出了斜交桥梁横向预应力施加的方案,并利用ABAQUS有限元软件建立装配式空心板桥梁实体模型,计算并分析了斜交桥梁横向预应力的抗裂性能。结果表明:当车辆荷载和负梯度温度场共同作用时,极易导致桥面板开裂;忽略端部影响仅在直线部位施加预应力时,其在端部区域各铰缝均未取得较好的预压效果;在斜边各1/3处施加一道横向预应力可使得绝大部分的铰缝处于受压状态,大大提高铰缝的抗裂性能。研究所得结论能为装配式空心板斜交桥梁施加横向预应力的设计提供参考和借鉴。     

新型装配式倒Ｔ形空心板桥设计

针对铰接空心板桥的铰缝病害问题，结合国内装配式空心板桥的发展趋势:增大现浇构造、在结合面处增设延缓或阻止其裂缝开展的构造措施，提出了一种由预制倒Ｔ形空心板、现浇结构层和钢板构造组成的新型倒Ｔ形空心板桥。通过试验和有限元分析了桥梁的荷载横向分布规律，结果表明:建议采用Ｇ－Ｍ法计算倒Ｔ形空心板桥荷载横向分布系数；采用“梁格法”建立倒Ｔ形空心板桥的杆系有限元模型；给出了施工与成桥阶段应力验算、受力薄弱部位验算等设计计算建议；最后，提供了一座１６ｍ跨径的简支钢筋混凝土倒Ｔ形空心板桥的设计算例。     

20ｍ跨径的横向张拉装配式空心板桥试设计研究

针对装配式空心板桥横向联系不足,易形成单板受力的问题,提出采用横向张拉预应力提高空心板桥的横向连接。针对一座跨径20ｍ的采用横向预应力的空心板桥开展试设计研究,探讨横向张拉预应力钢筋和预应力大小的布置,提出采用横向预应力的空心板桥的设计计算方法。结果表明,横向预应力钢筋的纵桥向布置:跨径Ｌ≤13ｍ时在两端支点和跨中处各布置一道,共3道;跨径Ｌ＞13ｍ时在两端支点、四分点和跨中各布置一道,共5道。横向预应力钢筋的截面高度方向布置:对于截面高度较小的空心板,在截面形心处布置一道横向预应力钢束。对于截面高度较大的空心板,在空心板截面的顶、底缘对称布置预应力钢束,且施加的横向预应力大小相同。结合面抗弯、剪承载力验算结果表明,采用了横向预应力的试设计空心板桥,结合面抗弯、剪承载力满足要求。     

温度荷载对预应力排水渡槽的影响

针对南水北调中线工程排水渡槽的工作特点,采用大型有限元软件对预应力排水渡槽结构进行瞬态温度场分析,进而计算出结构的瞬态应力场.计算结果表明:冬季温降空槽工况对排水渡槽纵向应力和横隔梁横向应力起控制作用,不考虑温度荷载时,顶梁产生最大纵向拉应力为0.37MPa,横隔梁下表面产生最大横向拉应力为0.8MPa,叠加冬季温降温度效应后,顶梁产生的最大拉应力为1.45MPa,横隔梁下表面产生最大横向拉应力为4MPa;夏季温升空槽工况对排水渡槽底板横向应力起控制作用,不考虑温度荷载时,底板下表面最大产生0.8MPa的横向拉应力,考虑夏季温升温度荷载时,底板下表面最大产生3.6MPa的横向拉应力.     

铰接板桥铰缝疲劳性能试验研究

为研究不同构造的铰接板桥铰缝的疲劳性能,采用深铰缝和浅铰缝两种形式的铰接板桥进行试验研究,通过对跨中铰缝顶底部混凝土的横向应变规律及铰缝内部横向连接钢筋的应变规律进行对比分析,对铰缝的疲劳性能进行研究。试验结果表明,在200万次疲劳荷载以前,由于疲劳幅值相对较小,随着疲劳次数的增加,完成一定疲劳循环后施加静载时铰缝混凝土及钢筋的应变值逐渐减小,应变值的变化趋于更加稳定。当疲劳次数超过200万次后,由于疲劳幅值的增加,疲劳荷载对浅铰缝的破坏产生较大的影响,而对深铰缝则未产生较明显的影响。因此,超过一定幅值疲劳荷载是造成浅铰缝破坏的一个主要因素,深铰缝构造的抗疲劳破坏性能要远好于浅胶缝构造的抗疲劳破坏性能。     

基于XFEM的预应力混凝土梁裂纹扩展研究

混凝土开裂多是由于混凝土材料中拉应力超过抗拉极限引起的,在工程中常用预应力来增强混凝土整体的抗拉性能。为了研究预应力的施加如何阻止混凝土中的裂纹扩展,基于ANSYS仿真建立有、无预应力的预制裂纹混凝土梁的扩展有限元模型,在相同的荷载施加条件下进行裂纹扩展计算。研究发现预应力的施加可以有效提高混凝土开裂的临界荷载且加剧混凝土开裂的突然性;同时,还会改变裂纹扩展模式,使裂纹随着荷载的增加发生逐段的突变扩展,区别于无预应力混凝土梁中的裂纹连续扩展;在相同荷载作用下,相比无预应力混凝土,预应力的施加显著降低了底部裂纹的扩展长度及裂纹最大张开宽度,有效的控制了裂纹扩展。     

刚性拼接不等高布置空心板桥受力性能研究

为了研究刚性拼接不等高布置空心板桥受力特性,以某座采用刚性拼接结构的新旧桥主梁不等高布置的空心板桥为对象,进行全桥足尺模型试验和非线性有限元分析,研究荷载作用下拼接结构的传力路径、受力机理和破坏模式。结果表明：刚性拼接结构能有效地传递荷载,将新板与旧板刚性连接成整体受力,且不改变新旧空心板的承载能力,拼接结构晚于空心板开裂,说明拼接结构设计合理;拼接结构与新桥边板的预埋钢筋和与旧桥边板的植筋,均不会发生破坏。拼接结构的破坏模式是弯曲产生的纵向拉应力引起拼接结构跨中截面底部混凝土开裂,继而端部拼接结构与新板处是拼接结构与空心板发生竖向剪切破坏。     

骤然降温作用下混凝土箱形渡槽横向温度应力分析

阐述了箱形渡槽横向温度应力产生的原因,根据箱形渡槽的温度边界特点,给出了箱形渡槽骤然降温的温差分布形式,并将箱身横向温度应力分成板厚范围内非线性温差自约束应力和箱身横向框架约束应力两部分,按照温度自约束应力的平衡特点和等效线性化的原则,导出了横向自约束应力和非线性温差分布修正系数的计算公式。对深圳水库渡槽的计算表明:骤然降温作用下混凝土箱形渡槽槽身外表面将产生可观的横向温度应力,会导致槽身混凝土出现纵向裂缝,应通过施加横向预应力,提高其抗裂能力。     

大岗山拱坝陡坡坝段并缝形式研究

大坝设计时,由于陡坡坝段体形相对较差,且受基岩及相邻坝段约束较强,若分缝形式不合理,将产生过大的局部拉应力,给坝体混凝土带来开裂风险。为改善陡坡坝段的应力状态,以大岗山拱坝为例,根据拱坝温度边界条件,采用有限单元法模拟混凝土浇筑过程,对陡坡坝段不同的分缝形式进行了应力仿真分析。结果表明,大岗山拱坝陡坡坝段采用斜缝的分缝形式是合适的,能有效改善坝体应力分布、减少应力集中、提高拱坝抗裂安全度。     

引黄联接段公路1~#桥桥面板裂缝原因分析

引黄联接段公路１ ＃ 桥为装配式预应力空心板桥，有部分空心板出现不同程度的裂缝，属于温度裂缝，产生裂缝的原因主要是由于浇筑时和养护混凝土温度控制措施不当、养护时间短及台座基础变形而引起的。     

龙滩重力坝三维仿真与劈头裂缝问题研究

龙滩重力坝通航坝段坝轴向长度达88m,下部设2条横缝,无纵缝,不进行接缝灌浆前的二期冷却,坝内温度下降极慢,因此上游面坝轴向应力很大,极易产生劈头裂缝。作者对该坝段施工过程进行了多种工况的温度场与应力场的三维仿真计算。计算结果表明,即使采取了一系列综合温控措施,无保温时,在年变化气温影响下,冬季仍会在上游表面引起2 0～2 2MPa的坝轴向拉应力,寒潮引起的拉应力在3 0MPa以上,二者叠加,可达5 0MPa以上,足以引起表面裂缝,蓄水后会扩展为较深的劈头裂缝。仿真结果表明,用4～5cm厚的苯板贴在上游表面,可将上游表面的拉应力控制在1 6MPa以内,有效地防止表面裂缝的产生,并因此而避免劈头裂缝的产生。     

有限厚度带键槽接缝单元及接缝对混凝土坝应力的影响

本文给出了有限厚度的带键槽三维实体接缝单元，它可以较好地反映接缝附近的应力和接触条件。文中分析了接缝的初始间隙问题，分析结果表明，经过灌浆以后，由于浆体收缩而产生的初始间隙是很小的，一般可以忽略。文中还分析了灌浆质量对坝体应力的影响，分析结果表明，只要浆体灌进了接缝，虽然浆体质量差一些，带有键槽的接缝对坝体应力和变形的影响是很小的。本文最后分析了横缝不抗拉对拱坝应力的影响，分析结果表明，这个问题与横缝受拉深度a和横缝间距L的比值a/L有关，a/L越大，横缝不抗拉对坝体应力的影响越大，此外，还与坝体厚度及气候条件有关。     

曹娥江大闸闸室结构设计

曹娥江大闸闸室结构施工图设计阶段,综合考虑到结构跨度大及滨海环境特点,闸底板、胸墙、交通桥及轨道梁采用常规结构配筋形式很难满足限裂要求,主体结构均采用预应力张拉措施,使拉应力全部由预应力钢绞线承担,最大限度地减小混凝土结构裂缝出现的可能,设计理念有了较大转变,抗裂验算均满足规范要求。     

高拱坝的动力非线性分析

强地震时，高拱坝中上部因动力放大效应而成为抗震薄弱部位，各项段间的伸缩横缝难以承受较大的拱向拉应力而开裂，拱坝不能现视为整体结构而作线弹性分析。为此，以三维非线性接缝单元模拟坝体分缝，采用基于动态子结构理论的非线性动力分析方法，分析研究伸缩横缝对高拱坝地震反应的影响。研究表明，强烈地震时伸缩横缝反复张合引起显著的坝体应力重分布，大大减少开裂区附近的拱向拉应力而使坝体中部下游面的梁向拉应力有一定增加     

沂蒙抽水蓄能电站折线型混凝土面板坝数值模拟分析与应用

结合山东沂蒙项目折线型混凝土面板坝工程两套设计方案,开展三维静力有限元应力变形分析,模拟大坝施工期、蓄水期性状,探讨不同阶段设计方案下坝体与防渗体应力变形特征,分析面板与连接板布置形式对折线型面板坝应力变形的影响。数值分析表明,折线型面板的转角部位应力变形复杂,面板与周边缝受拉趋势与程度增加;调整转折段面板形态、合理设置连接板可有效改善面板折线处的变形与受力状态,减少应力突变现象。建议加强面板、连接板和止水结构抗拉性能的研究。     

预制竹筋多孔混凝土板抗弯性能理论分析

通过抗裂度对预制板的开裂性能进行评价,并用Ansys有限元分析软件对竹筋多孔混凝土预制板进行应力和挠度有限元分析,对预制竹筋多孔混凝土板的开裂弯矩和受力变形发展情况做了探讨,结果表明在多孔混凝土中加入竹筋,可以有效的改善多孔混凝土的脆性,加入竹筋的预制板其开裂弯矩相对值可以达到不加竹筋的2倍以上,可以明显改善预制板的抗裂性能。预制板的受力和位移是中心点处最大,结构的破坏一般都是在受力最大处或者是变形最大处。     

基于温度应力仿真的碾压混凝土拱坝诱导缝开裂分析研究

诱导缝作为碾压混凝土拱坝结构防裂措施,能否在坝体温度下降时率先开裂,以消散温度应力,是控制坝体温度裂缝的关键。应用大型有限元分析软件ANSYS,采用薄层实体接缝单元模拟诱导缝,考虑施工期至运行期全过程瞬态温度荷载,通过三维有限元温度应力仿真分析和诱导缝开裂情况分析对全部采用"诱导缝"分缝形式的某碾压混凝土拱坝进行可行性研究。结果表明:坝体高拉应力区设置的诱导缝,在做好缝端处理,消除诱导缝与地基接触部位应力集中的条件下,能够有效地释放坝体应力,保证坝体在温度荷载下的运行安全。仿真分析结果可为该碾压混凝土拱坝的温度控制、裂缝预测及其预防提供参考依据。     

截面高度对钢筋混凝土梁裂缝分布影响的试验研究

为建立混凝土结构裂缝验算的统一公式,通过试验研究了截面高度对钢筋混凝土简支梁裂缝分布形态、裂缝间距和裂缝宽度的影响规律。根据裂缝的产生机理、延伸发展特征和宽度变化规律提出了分型统计的原则,进行各类型裂缝数量、平均裂缝间距、平均裂缝宽度及最大裂缝宽度分布规律的分型统计分析。明确了结构设计中裂缝宽度验算对应的裂缝形态特征的物理意义,即该裂缝为在后续各级荷载作用下,因开裂截面钢筋拉应力和混凝土受拉区高度的持续增大而得以持续延伸到中和轴附近的主裂缝。提出了以纵向受拉钢筋直径为变量的有效受拉截面高度的计算方法,提出了考虑截面高度与有效配筋指数耦合影响的平均裂缝间距计算模式。     

大型弧底梯形渠道“适缝”防冻胀机理及应用研究

旱寒区渠道工程上预先在衬砌板易产生裂缝处顺其自然设置纵缝,以防止冻胀破坏。为探明这种纵缝设置的防冻胀机理及其最佳布设形式,基于冻土水-热-力三场耦合理论,考虑纵缝填充的接触本构及衬砌-冻土相互作用,建立了旱寒区常用的大型窄深式弧底梯形渠道冻胀仿真分析模型,以衬砌板上下表面沿周长正应力分布均匀度为一级指标,以其截面正应力满足强度要求为二级指标,对纵缝设置位置、宽度、个数及其组合削减渠道冻胀效果进行了研究。结果表明:弧底衬砌板属于薄拱结构,渠坡板为梁结构,纵缝为可移动弹性铰;纵缝位置及宽度的变化不断调整拱-梁结构的刚度及弹性铰的约束刚度,以适应基土冻胀变形,使衬砌板表面应力均匀化,从而削减冻胀;但纵缝过宽会过度削弱弧底拱效应,使弧底中心和坡板上表面及坡脚下表面拉应力过大,易导致冻胀破坏;单独设缝时坡脚位置设缝防冻胀效果最好,而组合设缝削减冻胀效果更优,尤其是坡脚与坡板组合设缝。以新疆某供水渠道为例,采用坡脚与坡板1/4、3/4处组合设缝,缝宽取1 cm,可满足两级指标,削减冻胀效果最优,可为旱寒区大型渠道防冻胀合理布设纵缝(适缝)提供科学依据。