拱桥加固施工中的配重设计方法

为了解决大跨径圬工拱桥加固施工阶段由于内力分布不佳等导致结构强度不足的问题,提出通过在结构上适宜位置布置施工临时配重的解决方法.分析了圬工拱的极限承载力与合力偏心距e之间的关系,研究结果表明:利用偏心距e与其限值[e0]之间的相对关系可快速、定性判断圬工拱截面承载力是否足够.通过合理调整配重荷载量值与布置位置以控制加固施工过程中截面e不超过容许值[e0]或预设值,提出了大跨径圬工拱桥加固施工配重方案设计方法.以一座2×100 m混凝土箱板拱桥加固施工中3个阶段的配重方案设计为例,检验了方法的可行性与有效性.     

FRP加固圬工拱桥的性能分析

为了研究FRP加固圬工拱桥的破坏模式、荷载能力以及变形能力,采用分离式建模的方法,以FRP类型、FRP宽度和加固位置为变量,建立了FRP加固圬工拱桥的有限元模型。结果表明,FRP加固圬工拱桥,都改变了四铰机制的破坏模式,避免了圬工拱桥的脆性破坏;FRP粘贴宽度越大,拱腹加固的荷载能力和变形能力越大,拱背加固的荷载能力也越大,但增幅很小,延性并没有得到很好的改善;拱腹加固的荷载能力大于拱背加固的荷载能力,而拱背加固的变形能力大于拱腹加固的变形能力。     

复合拱圈加固圬工拱桥正截面承载力试验研究

为了研究原拱圈在裂缝作用下,复合拱圈加固圬工拱桥的正截面承载力计算问题,建立了3个复合拱圈加固圬工拱桥节段模型,考虑原拱圈的裂缝和不同材料的力学性能,基于原拱圈和加固层共同受力和协调变形,进行了数值模拟和试验研究.结果表明:当裂缝宽度为原拱圈宽度1/4时,实测承载力比无裂缝拱段减少了14.5%;当裂缝宽度为原拱圈宽度1/2时,实测承载力比无裂缝拱段减少了37.3%,裂缝增大使承载力成比例减小.     

基于二次受力的隧道套拱加固损伤衬砌模型试验

松动荷载引起损伤衬砌失稳是不良地层隧道运营期间关键的科学问题.针对此问题,研制了双车道公路隧道带缝衬砌套拱加固模型试验加载装置,可对衬砌结构任意位置施加松动荷载,在损伤衬砌受力同时进行套拱加固,解决了衬砌加固二次受力的“瓶颈”问题;开展1∶10模型试验,研究了松动荷载作用下损伤衬砌套拱加固补强效果,对比变形特性、力学响应及破坏模式.结果表明:衬砌结构刚度随荷载增加而退化,套拱加固有效修复受损衬砌,整体结构刚度明显增大,损伤严重衬砌经套拱加固后承载力仍可提高1倍;原衬砌结构破坏位置为拱顶、拱肩和边墙;套拱加固带缝衬砌构件关键控制截面为拱顶和墙脚,拱顶易发生大偏心压弯破坏,建议加强拱顶纵向配筋,提高抗拉承载力;墙脚出现斜裂缝,属于压剪破坏,应增设墙脚箍筋,以提高抗剪承载力.     

高性能树脂混凝土钢丝网薄层加固RC偏压柱试验研究

基于自主研发的可重复使用的加载装置,研究了配有钢丝网的高性能树脂混凝土薄层(HTRCS)对钢筋混凝土(RC)偏压柱的加固效果。通过8个大偏心试件研究了不同的加固位置和不同的钢丝网的布置层数对加固试件的破坏形式和极限荷载等的影响,并对比其中两个分别采用了不同加载装置的未加固试件的试验结果来分析自主研发装置对偏压柱受力状态的影响。最后为了进一步研究HTRCS加固RC偏压柱的加固机理,通过有限元软件分析了加固层的厚度和荷载的偏心距离等参数对加固试件承载力的影响。结果表明:该自主研发的装置不但能够较好地解决目前偏压柱试验竖向加载的安全性问题,而且能符合偏压柱的实际受力状态。HTRCS加固在受拉侧的试件破坏时受拉侧的裂缝分布与钢丝网的布置层数密切相关,当钢丝网的层数布置合理时,受拉侧的裂缝分布呈网状形;HTRCS加固在受压侧的试件破坏时受拉侧的裂缝间距与钢丝网的布置层数关系不大,但随着钢丝网的布置层数增大,受拉侧的裂缝宽度减少。HTRCS加固RC偏压柱能有效地提高试件承载力,但对于不同的加固位置,其加固机理不同。对于加固在受拉侧的试件,承载力的提高主要由钢丝网布置层数控制。当不布置钢丝网时,2 cm厚度的HTRCS加固试件受拉侧的承载力的提高仅为8%。对于加固在受压侧的试件,承载力的提高主要由加固层厚度控制。当不布置钢丝网时,2 cm厚度的HTRCS加固试件受压侧的承载力的提高可接近30%。当偏心距和柱截面沿偏心方向的长度的比值在0.7以上时,HTRCS加固在试件受拉侧的增强效果比加固在受压侧更明显。     

楔形工形柱平面内稳定极限承载力研究

通过对12根楔形柱进行静态加载试验,分析和研究楔率及偏心距对楔形柱平面内极限承载力的影响.试件的主要参数为荷载作用的偏心距和楔率.试验在5 000 kN试验机上进行,主要测量了型钢的纵向应变、试件的变形过程、荷载-挠度曲线及试件的极限承载力.试验结果表明,随着楔率的增大,构件的极限承载力也随之增加;荷载偏心距的增大将降低构件的极限承载力.     

钢管自密实混凝土加固柱偏压性能有限元分析

提出钢管自密实混凝土加固钢筋混凝土柱的新型复合加固方法,介绍了1个原柱和3个钢管自密实混凝土复合加固柱的偏压试验,结果表明复合加固后柱的承载力与延性大幅提高,复合加固柱的承载力随偏心距的增大而减小.采用有限元软件ANSYS对钢管自密实混凝土加固偏压柱的受力全过程进行了分析,计算得到试件的荷载-变形曲线与试验结果吻合良好.在此基础上,对复合加固柱进行参数分析,分析钢管壁厚,自密实混凝土强度及偏心距对复合加固柱的承载力的影响.研究表明:偏心距与钢管壁厚对复合加固柱的承载力影响较为明显,自密实混凝土强度影响较小.     

基于纤维模型的钢管混凝土拱非线性失稳分析

对一个模型拱进行了非线性分析,研究了钢管混凝土拱的力学性能.计算分析时选择了合理的材料本构关系,采用基于柔度法的非线性梁柱单元,推导了纤维模型的计算公式.研究结果表明：横向荷载对横向位移的影响比竖向位移显著,横向荷载对竖向位移的影响表现在加载后期,而对横向位移的影响贯穿加载全过程.横向荷载能显著降低拱的承载能力,横向荷载为竖向荷载的50%时,拱的承载能力折减约50%.跨中横向荷载比1/4跨横向荷载对拱的承载能力的折减程度大.研究认为：拱桥的设计必须充分考虑横向荷载对结构受力性能影响.     

变截面圆弧无铰拱轴线偏离附加内力计算

在垂直承重拱结构中,拱轴线应与荷载压力线相吻合,以保证拱圈受力状态最好。但在实际工作中,二者偏离的现象却大量存在。尤其在水工渡槽中,因荷载压力线随输水流量改变而改变,实际上它是一条总在改变着的荷载压力线或不同时出现的多条荷载压力线,因此拱轴线不可能总能与之相吻合,轴线偏离现象必然存在。而这种现象一旦发生,必使拱圈受力状态恶化,甚至达到不安全程度。为此,文中归纳分析了形成轴线偏离现象的4个条件,通过推导给出了变截面圆弧无铰拱轴线偏离附加内力的计算方法及算例。     

多因素作用下的旧拱桥主拱肋受力分析及 加固研究

以服役近20 a的某下承式系杆拱桥的病害检测为基础,研究了冲击系数、损伤折减和活载超载等因素对主拱肋受力性能的影响,采用了拱脚增大截面和拱肋关键截面黏贴钢板的方法对主拱肋进行加固。结果表明:冲击系数、损伤折减和活载超载均对拱肋受力有较大影响,其最不利于拱肋截面的安全系数相对于原荷载设计工况分别下降了22%,54%和50%,且拱肋承载力不满足要求的截面增多。通过对主拱肋的加固,拱肋承载能力均能满足设计要求,可对类似服役期拱桥加固提供参考。     

脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥极限承载力的影响

为了解单圆管钢管混凝土拱桥脱粘后受力模式改变带来的受力性能变化,采用有限元方法计算了脱粘对单圆管钢管混凝土拱桥面内极限承载力的影响,基于完全脱粘计算假定,构造了钢管与混凝土之间的连接单元,编制了考虑几何、材料双重非线性的面内极限承载力计算程序,并对无初应力和成桥状态下4种荷载作用方式的面内极限承载力进行计算分析.结果表明:完全脱粘使跨中集中力、L/4集中力和半跨均布荷载作用下的面内极限承载力变化不明显;而使全跨均布荷载作用下的面内极限承载力降低较大.对于单圆管钢管混凝土拱桥,在全跨均布荷载作用下,完全脱粘使得面内极限承载力下降可达10%左右.     

钢板-砖砌体组合墙梁的试验研究与分析

钢板砖砌体组合结构在既有砖混房屋中进行大空间改造时,组合托梁上部的墙体存在拱效应,使得托梁与上部墙体之间共同工作。为了研究此类组合墙梁的工作机理、破坏形态、承载力、控制截面的应变分布以及变形,对5根钢板砖砌体组合墙梁进行了集中荷载作用下的试验研究与分析,并考虑了上部墙体高跨比、组合托梁高跨比和钢板厚度的参数影响。主要的研究结果表明钢板砖砌体组合墙梁的破坏始于加载点与支座连线部分的砌体;钢板沿截面高度的应变分布符合平截面假定;上部墙体的高跨比直接影响墙体的破坏形态、钢板发生空鼓时的荷载和构件的极限荷载;合理的墙体高度有利于组合作用的形成,并且过高的墙体反而会降低极限荷载。最后给出了上部墙体高跨比的合理取值范围,同时建议钢板砖砌体组合托梁的抗弯刚度相对上部墙体平面内刚度的系数应至少大于79。     

混凝土自锚式悬索桥极限承载力影响因素

为了研究各种因素对混凝土自锚式悬索桥极限承载力的影响,采用弹塑性有限元方法,对一座跨径160m混凝土自锚式悬索桥的极限承载力进行了全面分析,研究了不同加载方式、混凝土收缩徐变、主梁和索塔配筋率、吊索安全系数、主缆弹性模量以及锚固端约束条件对桥梁极限承载力的影响.研究结果表明:加载方式、吊索的安全系数和锚固端约束条件对该桥极限承载力影响较大,而混凝土收缩和徐变、主梁和索塔的配筋率、主缆的弹性模量对该桥的弹塑性极限承载力影响较小,但对结构刚度影响较明显.     

多跨系杆拱桥极限承载力影响因素

为求得多跨系杆拱桥的稳定系数和安全储备,建立了多跨系杆拱桥的空间有限元模型.通过特征值屈曲分析,得到了成桥状态各工况的稳定系数,并分析了横撑刚度和数量对稳定系数的影响.考虑材料非线性和几何非线性的极限承载力分析,得到了成桥状态的活载稳定系数和恒载稳定系数,并分析了风荷载、温度作用、荷载布置和初始缺陷对稳定系数的影响.分析结果表明,特征值屈曲分析可以提供结构极限承载力的合理估计,横撑刚度对结构稳定系数的影响较横撑数量的影响要大;极限承载力分析过程中主拱四分点部位和跨中部位首先进入塑性状态,静风荷载对结构稳定系数的影响较温度作用和初始缺陷的影响要大.     

剪切破坏的配筋砌块剪力墙失效判定准则

为建立基于受力状态的剪切破坏配筋砌体剪力墙的失效判定准则,以低周往复荷载作用下发生剪切破坏的290 mm厚配筋砌块剪力墙试验数据为基础,推导结构受力状态与外荷载之间的关系并给出相应的计算公式,通过分析构件在不同受力阶段的破坏机理,引入构件基于受力状态承载能力包络线的概念及相关计算方法.结合承载能力包络线与结构受力状态-荷载关系曲线,建立构件基于受力状态的失效判定准则,从而确定其开裂、失效和极限荷载.与试验的对比分析表明,本文建立的准则能够准确预测剪切破坏配筋砌块剪力墙的开裂、失效和极限荷载.该准则为结构分析和墙体失效荷载的确定提供了一种全新的途径,并拓展了试验数据的应用途径.     

砌体受压承载力计算

在已有砌体受压承载力试验数据的基础上，提出考虑砌体偏心受压特点的应力—应变关系，利用平截面假定和平衡关系，并考虑砌体的局部受压，采用附加偏心距考虑纵向弯曲影响，建立了受压承载力计算公式，该式能与偏心影响系数和纵向弯曲系数相协调，具有计算简单、概念清楚、适用范围广等优点，且计算结果与试验结果吻合较好，对砌体局部受压承载力计算也有参考价值。     

圬工拱桥极限荷载理论分析研究

文章介绍国内外拱桥的模型试验,应用相关的拱桥分析理论,给出拱桥的破坏机理以及极限承载力计算方法。     

大跨中承式钢管混凝土拱桥极限承载能力

分析了大跨中承式钢管混凝土拱桥在设计荷载工况作用下的静力失稳全过程,对其受力特性及破坏机理进行了探讨,并对桥面系非保向力作用对结构稳定性的贡献进行了讨论。结合ANSYS软件的分析功能,对一360 m跨的中承式钢管混凝土拱桥进行了荷载工况-恒载+全跨双向汽车荷载+全跨双向人群荷载+风荷载-作用下的极限承载能力分析,通过内力、变形等指标描述了算例的静力失稳全过程。分析结果表明,结构达极限荷载时发生的面外失稳破坏属于典型的极值点失稳问题,在此过程中,桥面系对拱肋的非保向力作用对结构面内、外刚度均有贡献,且在拱肋弹性受力阶段贡献更大。     

兰青线峡下湟水河钢管混凝土拱桥静载试验分析

对运营1a后的兰青线峡下湟水河的一座96m双跨下承式钢管混凝土系杆拱桥,进行了静载试验检测,观测试验荷载作用下结构内力/应力、变形/位移反应,以便评价该桥总体施工质量,鉴定该桥的承载能力,为工程的运营、养护和维修提供必要的参考资料,同时也从结构角度验证该类桥在使用上的合理性、受力上的优良性。