桥梁结构安全性设计若干问题的思考

2004年以来,笔者一直在从事桥梁施工阶段的监理工作.在施工监理过程中,发现影响桥梁使用安全性、耐久性方面存在着若干问题,原因涉及到设计、施工和监理等方方面面.本文仅从设计方面的若干问题进行分析,并提出一些对策措施.     

活性粉末混凝土(RPC)箱梁剪力滞效应有限元分析

笔者对为青藏线设计的 32m铁路预应力活性粉末混凝土单箱单室箱梁进行了有限元分析 ,对其剪力滞分布规律进行了研究 ,并且分析了不同工况对梁剪力滞效应的影响。分析结果表明预应力活性粉末混凝土箱梁具有一定的剪力滞效应 ,剪力滞系数在 1.0～ 1.1之间。笔者得到的结果可以为今后活性粉末混凝土梁的设计提供参考 ,这对于加速箱梁剪力滞理论的深入研究 ,为大跨、新型桥梁结构的性能评价提供正确的分析有一定的参考价值。     

预应力混凝土桥梁腐蚀后的受力性能分析

结合某铁路大桥预应力钢丝锈断后梁体的受力性能分析,对预应力混凝土桥梁腐蚀后的耐久性评估方法进行了探讨。首先,用静载试验加载方法对腐蚀梁体进行了实桥试验,分别对每孔2片T型梁的跨中挠度、支座压缩量、跨中及L/4截面混凝土应力、内梁预应力钢丝锈断截面处的混凝土应力进行了测试;然后,对受腐蚀预应力混凝土桥梁进行了有限元分析。介绍了正常梁体和腐蚀梁体的有限元模型、有限元网格剖分建立。在预应力梁体的耐久性分析中,应重点考虑预应力筋锈蚀的影响,并给出了预应力筋的简化分析模型。通过对梁体有限元计算结果和试验值的比较,验证了计算模型基本上能准确地反映梁体的受力情况,说明可以采用有限元方法对预应力混凝土桥梁腐蚀后的耐久性进行评估。     

活性粉末混凝土(RPC)槽形梁模型破坏试验研究

活性粉末混凝土 (RPC)具有高强、高耐久性以及高延展性等特点 ,因此 ,RPC在桥梁中有很好的应用前景。但是当前对RPC桥梁的设计研究很少 ,笔者根据自行研制的RPC ,设计了预应力拼装结构的槽形梁模型 ;并进行了RPC槽形梁模型的破坏试验研究 ,以验证槽形梁模型的承载力及发现设计上存在的问题。通过对模型拼装、预应力张拉及模型加载的试验现象的介绍和对试验结果的分析可知 ,破坏时主梁底部的拉应力远没有达到RPC的抗拉极限强度 ,而主梁腹板和下翼缘连接处的局部承载力不足才是主梁破坏的真正原因。最后 ,在总结裂缝发展和模型破坏的原因的基础上 ,对进一步的模型设计提出了修改意见。     

温度作用下混凝土拼接桥梁拼接缝界面剪应力研究*

为探究拼宽混凝土桥梁在温度效应下连接缝位置产生的界面剪应力问题,考虑施工过程中现浇拼接缝混凝土各项参数的变化,以某高速公路拼接桥梁为研究对象,基于初等梁理论提出1种考虑纵向温度应力的拼宽桥梁界面剪应力力学模型。结果表明:拼接缝混凝土弹性模量的改变对拼接缝界面剪应力的数值和分布形态影响较小;新梁和旧梁的线膨胀系数差异越大拼接缝界面剪应力越大;研究得到不同拼宽宽度下拼宽桥界面局部剪切柔度修订值的变化规律,并拟合变化公式。     

混凝土梁后张预应力损失的概率特征及敏感性评估

为研究混凝土梁中后张预应力损失的分布特征及其对各种不确定因素的敏感性,以概率数值模拟为基本手段,得到各分项预应力损失及预应力总损失的概率分布特征,并对预应力损失进行了区间估计.将各影响因素划分为施工、设计和材料3类,分析了预应力损失对各类因素的敏感性.结果表明:预应力总损失可用对数正态分布描述;95％置信概率下预应力总损失的上、下限偏离均值可达20％以上,各因素不确定性对预应力损失影响不容忽视;各类因素的敏感程度依次为施工条件、材料性能和设计因素,其中张拉控制应力、预应力筋弹性模量和预应力筋面积分别在3类因素中的影响最为显著;各分项预应力损失中,管道局部偏差对摩阻损失的影响强于管道摩擦,预应力筋越长对锚具变形损失影响越弱,而混凝土收缩徐变损失对徐变的敏感程度要强于收缩.     

砂岩混凝土复合路面力学分析及结构优化设计研究

针对砂岩混凝土斜向预应力混凝土基层复合路面结构层厚度,通过梁单元建立预应力钢筋模型,通过接触单元模拟了各层之间的相互作用,对砂岩混凝土复合路面进行了三维有限元建模。分析了各层厚度对于路面结构力学响应的影响,并结合经济性与极限寿命分析,对结构层厚度进行了优化分析,得出了一定范围内的最佳层厚组合,为类似工程的设计施工提供参考依据。     

高温后不同类型混凝土力学性能试验研究

对高温后C40和G50普通混凝土以及C80高性能混凝土的力学性能进行了试验研究,描述了试验现象,探讨了火灾温度、恒温时间、试件尺寸、冷却方式和混凝土类型等因素对高温后混凝土力学性能的影响,提出了高温后不同类型混凝土的轴心抗压强度、弹性模量、峰值应变等经验计算公式和高温后混凝土轴压应力-应变关系曲线表达式.试验研究表明,随着火灾温度的升高和恒温时间的增加,高温后混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度、弹性模量等整体上呈降低趋势,而峰值应变逐渐增加;在火灾温度、恒温时间恒定时,试件尺寸越大越不利,喷水冷却不如自然冷却,高性能混凝土不如普通混凝土.     

公路桥梁火灾后检测评定及加固策略研究

公路桥梁作为交通网络的关键组成部分,其安全性对于保障人民生命财产安全和社会经济活动的顺畅运行至关重要。然而,桥梁在遭受火灾等灾害时,其结构完整性和功能性往往受到威胁。本研究分析了火灾对桥梁结构材料的热学影响和结构完整性的潜在损害,重点关注钢材和混凝土在高温下的性能变化。详细讨论了非破坏性检测技术如声波检测和红外热成像以及结构健康监测系统在桥梁安全评估中的应用。探讨了损伤评估模型,特别是计算模拟在理解火灾影响方面的作用。在加固与修复策略方面,本文着重于材料选择、设计方法和施工技术,强调了在实施过程中的安全和环境考量,并提出相关建议。     

部分预应力混凝土梁疲劳性能及工程经济性分析

为解决那些由于早期桥梁的设计标准低或服役时间过长,导致破损、承载力不足以及老化严重的问题,对部分已建桥梁提出改扩建计划。对桥梁改扩建工程,在满足当前设计要求的基础上合理选择钢筋与混凝土等级,可以有效节约成本,体现环保理念。通过对两组共8根不同钢筋与混凝土等级组合下的PPC梁分别进行静力试验和疲劳试验研究,分析不同组合形式下试验梁的力学性能,并结合其工程造价进行全面的研究。结果表明,提高混凝土等级能有效提高试验梁的疲劳性能,并可节约成本,为改扩建桥梁工程中钢筋混凝土等级的选择提供参考依据。     

基于均匀试验的混凝土裂缝宽度影响因素分析

桥梁裂缝宽度的大小直接影响桥梁使用过程中的耐久性和安全性,裂缝宽度可以用配筋率、混凝土强度、理论厚度和环境湿度等因素来控制。为了研究以上4个因素对裂缝宽度的影响,以贵州某空心板桥为例,使用Midas/Civil进行建模分析,并用均匀试验设计法来确定各因素的影响程度。结果显示,配筋率以及环境湿度的影响较大,混凝土强度和理论厚度影响较小。所得结论为混凝土桥梁的设计研究提供了参考。     

高速铁路连续刚构-拱组合桥梁墩-梁-拱结合部受力行为分析

为分析高速铁路连续刚构-拱组合桥梁墩-梁-拱结合部位在施工与运营过程中的应力状态,采用建立施工全过程杆系有限元模型,计算施工及运营阶段内力与位移,同时考虑钢管与管内核心混凝土、管外拱脚混凝土接触面双重滑移效应,建立墩-梁-拱结合部位实体有限元模型并通过现场实测应力验证模型准确性的方法,探究结合部位的钢-混凝土界面滑移规律与空间应力分布状态。研究结果表明：拱肋钢管与拱脚混凝土、核心混凝土间最大相对位移值分别为1.1,1.2 mm,在设计时宜增加隔板或剪力钉以改善钢与混凝土协同受力;结合部位应力基本处于规范限值内,在过人洞处出现应力集中,倒角处最大拉应力达3.81 MPa,可设置必要的构造钢筋抑制斜向裂缝的发展;拱脚顶面混凝土出现应力集中,且远超规范限值,建议将拱脚混凝土替换为钢纤维混凝土。研究结果可为连续刚构-拱组合桥施工安全提供参考。     

复杂艰险山区铁路项目施工期环境监理重点分析——以成兰线成都至黄胜关段工程为例

在开展成兰铁路成都至黄胜关段工程施工期环境监理中,建设单位依据变更环评报告要求,设立隧道涌水口试验专题工点、建立环保标准化示范点、建立弃渣场动态管理台账等环境监理工作模式,运用GPS定位、小卫星遥感、无人机航拍等高新技术,在施工准备阶段、施工阶段及竣工验收(试运营)阶段开展了各项环境监理工作。在施工阶段重点关注了环境敏感区和大熊猫等珍稀野生动物及生物多样性的环境监理、主体工程中路基工程和隧道工程及桥涵工程的环境监理、大临工程中关注弃渣场及沙石料场、施工营地和场地、制梁场及铺轨基地、混凝土拌合站等环境监理工作。成兰铁路在施工期创新开展的各项环境监理工作模式,对复杂艰险山区铁路项目开展施工环境监理工作模式具有一定的借鉴作用。     

新型耗能防落梁装置研发及其效应研究

为提高混凝土梁式桥的整体抗震性能,研发一种具有耗能、限位双重作用的新型防落梁装置。首先,结合连梁装置的设计思想,将E形钢板与连接钢板相组合,通过设置合理的不工作长度和最大工作长度设计该装置,并试验研究其耗能能力;然后,将装置用于一座混凝土连续梁桥,对比分析设置装置前后墩(台)梁相对位移、墩底剪力等参数,并分析装置在地震作用下的受力及耗能。结果表明:新型耗能防落梁装置滞回曲线形状饱满,有很好的耗能能力;设置该装置能有效降低桥梁的地震响应,其中墩(台)梁相对位移减小60%左右,非过渡墩墩底剪力减小40%左右。     

青藏铁路三岔河特大桥空心薄壁高墩寒季混凝土施工技术

三岔河特大桥地处海拔高、干燥多风的恶劣气候区,是青藏铁路的咽喉工程,按总体部署须跨越寒季施工,依据高墩薄臂特点,优选拆装式大模板施工方法。该项技术采用试验研究、理论计算分析、现场监测分析等手段,使现场量测与设计数据、施工管理等工程信息相结合,并反馈于施工过程中。利用成熟度法对砼早期强度进行预测和估算,以确定下道工序的时间和对混凝土质量进行预测;采用双层保温层及内置供热系统形成高原高寒高墩薄臂负温混凝土保温加热养护技术;选用塔吊配合整体拼装式模板的高墩施工技术,成功解决空心薄臂高墩快速连续施工和寒季砼加热养护的难题,实现了高墩流水化、机械化作业。以温度为主线的信息化监控技术是该技术成果的创新内容,该创新成果对于高寒地区,尤其对青藏铁路、青藏公路桥梁下部结构施工具有广泛应用和借鉴价值。     

上海地下工程抗拔桩设计要点研究

上海地区地下水位高,地下工程抗浮问题一般采用打抗拔桩来解决。常用的抗拔桩类型较多,如钻孔灌注桩、预制钢筋混凝土方桩、预应力混凝土管桩、预应力混凝空心方桩等。虽然不少预制桩的国家和地方图集都出版发行,但图集的重点在于承压桩。而对以承受拉力的抗拔桩,图集中有关参数和节点详图则需设计人员调整或重新设计。本文对抗拔桩的设计要点及各类桩型设计关键详细阐述,归纳整理,便于工程应用。     

超高强预应力混凝土管桩施工的质量监理

超高强预应力混凝土管机由于其具有施工工期短、单桩承载力高、造价较低无噪音等优点，在福州地区迅速得到了推广应用。     

超高强预应力混凝土管桩施工的质量监理

超高强预应力混凝土管桩由于其具有施工工期短、单桩承载力高、造价较低无噪音等优点,在福州地区迅速得到了推广应用. 义帮洲旧屋改造工程主楼地上18层,地下1层,建筑面积约10000m2.采用框架剪力墙结构.建筑物总荷载约180000kN,最大单柱荷载约6500kN,基础采用承台基础,桩采用超高强预应力混凝土管桩,规格为φ500*23、400*44,桩长35m,共打设67根桩,设计单桩承载力2500KN、3600kN.     

腐蚀对预应力筋与混凝土间变形协调性的影响

针对腐蚀导致预应力筋与混凝土间黏结性能退化而引起的变形不协调对构件承载力的影响,结合8片梁的抗弯试验,通过定义变形协调系数表征腐蚀预应力筋与混凝土的应变比,进而量化变形协调性能,构造新的几何关系和平衡方程,推导变形协调系数及构件受弯承载力的表达式,探讨了预应力筋与混凝土间变形协调系数随各影响因素的变化规律,并通过与相关文献试验结果的对比进行了验证。结果表明:腐蚀会引起预应力筋与混凝土间变形协调性下降,极限荷载时,变形协调性的退化使构件承载力降低,考虑腐蚀预应力筋与混凝土间的变形不协调,有助于提高承载力的计算精度;变形协调系数随腐蚀率、梁高、梁宽和混凝土强度增加而增大,随预应力筋重心至梁底距离增加而减小。     

先张法预应力空心板桥简支转连续加固方法

先张法预应力空心板桥在服役过程中会出现跨中挠度过大、预应力钢束配筋不足以及预应力损失过大等问题,从而导致桥梁线型不正常、抗弯承载能力不足,再加上先张法钢束不上弯,不能更好参与抗剪,往往会使得支点截面产生抗剪能力不足的现象。要使桥梁同时满足承载能力极限状态和正常使用极限状态的要求,需对其加固。对于多跨简支体系的先张法板桥,较好的方法是采用简支转连续的加固方法。以云南玉溪黑箐桥简支转连续加固为例,分别采用理论计算和荷载试验的方法对该桥进行分析。理论计算的结果表明:体系转换后,跨中弯矩、挠度明显减小,达到了加固效果,提高了桥梁的抗剪、抗弯承载力和抗裂性。荷载试验结果表明:简支转连续加固后,空心板底缘应力平均降低13.2%、挠度平均减小20.7%,结构刚度大幅度提高。