桥梁空间分析中预应力效应分析方法研究

预应力技术在桥梁中的广泛使用,使得桥梁结构受力状况复杂,对预应力混凝土桥梁进行空间分析是必要的;但由于预应力筋数量庞大且形状复杂,对预应力空间效应的模拟是预应力混凝土桥梁空间分析的难点。从预应力筋的实际作用机理出发,提出在预应力张拉阶段用等效节点荷载来模拟预应力对结构的作用;而在预应力管道灌浆后,将预应力筋作为结构的一部分,用实体退化单元进行结构分析,并用两算例对本文的方法进行了验证。结果表明,该方法能真正模拟预应力的空间效应,可用于预应力混凝土桥的空间分析。     

预应力混凝土桥梁结构非线性仿真研究

针对现代预应力桥梁结构受力复杂、非线性效应明显的问题,从理论上对其非线性仿真方法进行了探讨。通过在实体等参元中引入梁和板壳等理论,提出了用于复杂混凝土桥梁结构仿真建模的实体退化系列单元;从预应力筋的实际作用机理出发,提出了预应力效应分析的二阶段法;建立了混凝土徐变的三参数粘弹性模型,并推导了三维徐变效应分析的递推公式;从几何非线性、材料非线性及求解方法等三个方面对混凝土开裂及极限承载能力分析的具体实现方式进行了讨论。用三个算例分别对预应力、徐变及极限承载状态等的分析方法的有效性进行了验证。结果表明,本文方法能更真实有效地模拟实际结构,客观分析预应力及徐变的三维效应,可以准确预测结构的开裂及极限承载状态,具有很强的适用性。     

预应力混凝土简支梁桥锚下有效预应力分析

为了确定预应力混凝土简支梁桥在施工张拉与运营养护全寿命过程中结构锚固端锚下有效预应力值,基于梁挠曲变形理论与简支梁受力特性,推导出简支梁桥锚下有效预应力计算公式,并提出了一种预应力混凝土简支梁桥下有效预应力简便检测方法．以某40 m预制简支T梁桥为依托工程,通过对不同工况下简支梁桥跨中挠度值与锚固端有效预应力值进行测量,计算了不同工况下简支梁桥锚下有效预应力值,并与实测值进行了比较．研究结果表明：本文所提简支梁桥锚下有效预应力计算公式能较准确预测锚固端有效预应力值,依托工程简支梁桥锚下有效预应力公式计算值与实测值相对误差最大仅为4.83 %,计算精度满足工程需求;所提出的预应力混凝土简支梁桥锚下有效预应力简便检测方法可为桥梁全寿命预测提供指导与借鉴．     

混凝土结构扭转理论研究的进展

本文回顾了国内外混凝土结构扭转理论的历史发展,尤其是最近十几年来的进展。文中就有代表性的斜弯理论和空间桁架理论进行了述评。并按照结构构件受纯扭、弯扭及弯剪扭联合作用等加载方式,对于素混凝土、钢筋混凝土和预应力混凝土结构扭转的计算方法进行了归纳。最后对我国开展混凝土结构扭转理论的研究提出了建议。      

预应力钢丝绳加固既有PC空心板的抗弯性能试验研究

本文利用预应力钢丝绳对某座既有预应力混凝土(PC)梁桥进行了加固,详细介绍了双层预应力钢丝绳加固的设计原则和施工工艺,对加固前后的PC板梁桥进行了荷载试验,对比了正常使用状态下梁体加固前后的荷载-挠度、裂缝宽度和钢筋应力的变化规律。研究表明:预应力钢丝绳加固能有效降低挠度,抑制裂缝和减小钢筋应变,进而显著提高既有PC桥梁的抗弯承载力。在设计荷载作用下,加固梁的挠度、裂缝宽度以及钢筋应力分别下降了23%、50%和21%。相对于降低挠度和减小钢筋应变而言,该加固方法对于梁底裂缝的控制更具效果。预应力钢丝绳加固梁的整体性能得到提升,抗弯性能满足规范的要求。     

预应力钢棒加固T梁桥横隔板试验研究

针对T梁桥横隔板开裂、破损的问题,采用预应力钢棒对T梁横隔板进行加固。本文根据T梁桥的结构特点,提出了预应力钢棒的张拉位置及张拉力大小的确定原则,对横隔板的受力进行了分析。加固过程对横隔板裂缝宽度、张拉力进行了监测;对加固前后相同位置的受力情况进行了对比分析。结果表明:预应力钢棒加固T梁后,横隔板储备的压应力可以抵消活载产生的拉应力,横隔板裂缝宽度大大减小,且在荷载作用下裂缝不再扩展;桥梁横向分布性能大大改善,主梁挠度最大可以减少20%以上。采用预应力钢棒加固T梁横隔板效果良好。     

基于荷载形函数的大跨桥梁结构移动荷载识别

大跨桥梁结构中的移动荷载识别是结构健康监测的重要组成部分之一,其作为动力学中的反问题,存在唯一性及稳定性等病态问题。本文首先推导出移动荷载作用下结构响应的卷积形式的离散公式,然后利用有限元理论中的形函数拟合移动荷载,推导出基于荷载形函数的移动荷载识别表达式。将移动荷载的识别转化为荷载形函数拟合系数的识别,降低了需要识别的未知量,减小了逆运算的计算量,消除或减弱逆问题病态性,并提高了计算效率。利用某大跨刚构-连续预应力混凝土桥梁修正后的有限元模型进行数值仿真,考虑路面粗糙度,由模态叠加法计算移动荷载作用下的响应;然后采用荷载形函数方法识别移动荷载,证明该方法在5%以下的噪声时能快速并精确识别复杂桥梁结构的移动荷载。     

有效预应力对大跨P.C.桥梁极限承载力的影响研究

采用三维实体退化虚拟层合单元理论探讨了有效预应力对大跨P.C.桥梁极限承载力的影响.针对不同的有效预应力水平,以一座典型的预应力混凝土连续刚构桥为例,采用三维精细化有限元模型,对其极限承载力进行了空间分析计算和讨论.分析表明,有效预应力对大跨P.C.桥梁极限承载力有较大影响,其中,纵向预应力筋有效预应力与竖向预应力筋有效预应力的比例是影响桥梁极限承载力的重要参数.大跨P.C.桥梁结构设计时应充分重视这一问题.     

大型渡槽动力建模研究

根据渡槽系薄壁杆件结构的特点,提出了渡槽薄壁结构空间动力分析模型。采用空间梁段单元进行离散,考虑渡槽横向、竖向、纵向、自由扭转和约束扭转变形,由能量原理推导给出了渡槽槽身结构的单元刚度矩阵、质量矩阵的显示表达式;渡槽支架采用空间梁单元模拟;渡槽支架与槽身联贯的盆式橡胶支认采用弹性元件单元模拟。文中具体计算了某大型渡槽的模态,计算结果表明：该模型计算渡槽结构的固有频率与理论解和用大型结构分析程序SAP计算的结果良好接近。本文模型计算简单,使用方便,是大型渡槽动力分析的实用模型。     

用BP-2模式和有限单元法逐步计算预应力混凝土结构的长期应力和变形

本文对推算混凝土徐变收缩的BP-2模式作了简单介绍,提出了利用BP-2模式和逐步计算的有限单元法计算预应力混凝土结构长期内力和变形的方法以及CRSP计算机程序的简要说明,最后给出计算实例。     

加权残值法在钢筋混凝土拱桥非线性有限元分析中的应用

本文用圆弧梁离散拱肋;用圆柱拖带坐标、三次位移插值函数及平截面假定来描述单元位形;用加权残值配点法来消除曲梁单元的剪力与膜力闭锁。按基于连续介质力学的Ｕ．Ｌ．列式建立单元增量平衡方程,以考虑几何非线性。假定钢筋为理想弹塑性材料。按三参数各向同性强化塑性模型,建立混凝土的弹塑性本构矩阵。将拱单元分段分块,根据钢筋及砼的本构特性,建立拱单元及梁段单元的弹塑性刚度矩阵,以考虑材料非线性。用编制的程序对两座模型拱桥进行计算,计算结果与模型测试结果接近     

刚构连续梁桥墩梁固节点结构的光弹性试验及有限元分析

某铁路特大桥的主桥部分采用预应力混凝土刚构连续梁桥,本文采用光弹性模型冻结应力法对该刚构连续梁桥墩梁固节点结构进行了应力分析,给出了结构边界应力分布和主应力迹线。应用ANSYS软件对墩梁固节点实际结构进行了有限元计算。将实验与有限元分析结果进行了比较,结果表明,实验应力分析法与有限元数值法吻合较好。在有限元分析中,对墩梁固节点结构梁端加载边界的影响区进行了研究,通过合理选择梁的长度可以有效减小局部应力。模型实验和有限元计算的结果为结构的优化设计提供了重要的依据。     

波形钢腹板PC组合箱梁纯扭作用下抗扭承载力计算模型

以扭转理论和固定角软化桁架模型为基础,推导了纯扭作用下波形钢腹板PC组合箱梁的抗扭承载力计算模型.该模型针对组合箱梁极限状态时,波形钢腹板处于屈服和未屈服状态两种情况,分别建立了剪应交连续与剪力流连续方程,模型同时考虑了不同位置预应力筋对抗扭承载力的不同作用.通过四根试验梁抗扭承载力理论计算结果与试验数据的对比分析,结果表明本文提出的计算模型不仅能够有效的计算抗扭承载力,还能计算出混凝土开裂后的扭矩-扭率曲线.     

基于刚度相似原理的斜拉桥模型设计方法

模型试验是测定结构性能进行科学研究的重要手段之一,目前关于斜拉桥模型设计方法的系统研究还很少。本文提出了斜拉桥模型设计的总体思路,对结构静动力模型的相似关系进行了推导,并完全按照相似关系设计了一座三跨PC斜拉桥的理想模型桥,将其与实桥有限元数值模拟及原型成桥现场静动力测试结果进行比较分析。结果表明,对于斜拉桥这种组合体系结构,当存在两种弹性模量相似比时,采用刚度相似法处理相似关系是合理的。最后,阐述了实际中制作斜拉桥模型时应考虑的问题,为斜拉桥模型的设计制作提供指导。     

钢-混凝土组合梁受扭性能全过程分析

在合理假定的基础上，根据混凝土、钢梁和钢筋的本构关系，利用平衡及变形协调条件，推导出了适用于组合梁受扭全过程分析的一系列方程式，并提出了组合梁受扭分析的简化算法。然后，用VC 6．0编制了分析程序，制作了输入和输出的可视化界面。最后，对实验和理论分析结果进行了对比，结果表明方法合理，精度满足要求。     

预应力混凝土结构抗爆性能试验研究

随着我国城市建设的飞速发展,人们迫切希望能将预应力混凝土结构用于平战结合的大跨度地下工程。但由于迄今为止国内外对预应力混凝土结构的抗爆性能知之甚少,长期以来预应力混凝土在抗爆结构中的应用一直是个禁区。本文给出了一例后张无粘结部分预应力混凝土梁板柱形结构模型在平面装药爆炸条件下的大比尺化爆相似模拟试验。模型的几何相似比例为1∶5,加载平面空气冲击波超压分别为70kPa、130kPa和320kPa。试验结果给出了在完全弹性状态、荷载略高于设计承载力状态和接近极限破坏状态下无粘结部分预应力混凝土结构的宏观试验现象和大量实测试验参数和实测波形曲线,并进行了简单的数据分析。试验结果表明:设计合理的预应力混凝土梁板柱形结构具有很好的延性,不会发生令人担心的脆性破坏,完全可以用于抗爆结构。     

Experimental Investigation on Dynamic Railway Sleeper/Ballast Interaction

In ballasted railway tracks, one of the important components that supports the rails and distributes wheel/rail loading onto the ballast supporting formation is a railway sleeper (sometimes is also called a “railway tie”). This paper presents results of an experimental modal analysis of prestressed concrete sleepers in both free-free and in-situ conditions, incorporating the dynamic influence of sleeper/ballast interaction. Dynamic interaction between concrete sleepers and ballast support is crucial for the development of a dynamic model of railway track capable of predicting its responses to impact loads due to wheel flats, wheel burns, irregularities of the rail, etc. In this study, four types of prestressed concrete sleepers were in-kind provided by the Australian manufacturers. The concrete sleepers were tested using an impact hammer excitation technique over the frequency range of interest, 0–1600 Hz. Frequency response functions (FRFs) were measured using PULSE modal testing system. The FRFs were processed using STAR modal analysis package to identify natural frequencies and the corresponding mode shapes for the sleepers. The conclusions are presented about the effect of the sleeper/ballast interaction on the dynamic properties of prestressed concrete sleepers and their use for predicting railway track dynamic responses.