异形剪力键桥面板湿接缝抗剪承载力试验研究

为抑制钢-混组合梁桥桥面板湿接缝处混凝土开裂,提高该处极限抗剪承载力,提出一种设置于桥面板接缝处呈方台形凸起的异形剪力键。采用加载试验对带异形剪力键桥面板湿接缝试件的力学性能进行研究,并与传统桥面板湿接缝试件的试验结果进行对比。结果表明:相比传统桥面板湿接缝试件,带异形剪力键桥面板湿接缝试件的混凝土材料性能发挥更充分;异形剪力键可以有效提高桥面板湿接缝的抗剪强度,桥面板湿接缝的极限抗剪承载力提高了137%;加载过程中试件湿接缝荷载～位移曲线、混凝土荷载～剪应变曲线以及钢筋荷载～应变曲线均反映出带异形剪力键的桥面板试件力学性能更优。     

混凝土桥面板湿接缝纯弯破坏行为试验研究

为了解不同钢筋连接形式下混凝土桥面板湿接缝的抗弯性能,以某高速公路连续梁桥为背景进行研究。设计制作带湿接缝的桥面板试件(1组直钢筋焊接试件、1组直钢筋搭接试件、5组环形钢筋搭接试件),通过纯弯试验研究其裂缝发展、破坏形态、开裂荷载、破坏荷载及混凝土与钢筋应变的变化规律。结果表明:新旧混凝土结合面最先开裂,是整个试件的薄弱面,设计中应加强;不同钢筋连接方式试件的破坏荷载从大到小依次为环形钢筋搭接直钢筋搭接直钢筋焊接;环形钢筋搭接试件的承载力随着搭接长度的增加逐渐增加;对于两端有水平约束的桥面板结构,在临界破坏状态时呈现板结构+膜结构的两体系受力状态。     

钢-UHPC组合桥面板湿接缝界面处理方式

针对钢-UHPC （Ultra-high Performance Concrete）组合桥面板湿接缝处混凝土界面人工凿毛困难的问题,提出环氧树脂处理和高压水枪凿毛等新型界面处理方式。为了检验采用涂刷环氧树脂、高压水枪凿除细骨料和高压水枪凿除粗骨料处理后湿接缝的抗裂性能,进行了UHPC湿接缝足尺模型的轴心受拉试验,并与不设湿接缝的桥面板进行试验对比。通过比较不同界面处理后的UHPC名义拉应力-应变曲线及UHPC名义拉应力-裂缝宽度曲线,分析了3种湿接缝的开裂荷载、裂缝分布,揭示了不同界面处理下的接缝受力机理。试验结果表明：3种界面处理方式的湿接缝破坏形式相同,均是首先在新旧混凝土交界面上出现初始裂缝,随着荷载增加裂缝逐渐发展至贯通,UHPC退出工作,最后钢材受拉屈服达到极限状态。界面采用环氧树脂处理、高压水枪凿除细骨料、高压水枪凿除粗骨料的试件开裂荷载分别为不设湿接缝试件的53.7%、92.2%、81.9%,高压水枪界面处理的湿接缝比起环氧树脂处理的湿接缝具有开裂晚、裂缝发展慢的特点,且高压水枪凿除细骨料比高压水枪凿除粗骨料的界面处理方式更优。通过试验证实了新旧混凝土交界面是桥面板的最薄弱位置,且2种高压水枪凿毛的界面处理方式均能够满足实桥荷载作用下桥面板的抗裂强度要求,在施工条件允许的情况下推荐使用高压水枪凿除细骨料的界面处理方式。     

预制桥面板大头钢筋湿接缝受力性能的试验研究

针对钢—混组合梁桥预制桥面板纵向湿接缝的受力特点，提出采用大头钢筋搭接的湿接缝构造，进一步采用模型试验方法研究了大头钢筋搭接湿接缝与直线钢筋焊接/搭接湿接缝的弯剪复合受力性能，获得了试件的裂缝分布、破坏模式、开裂荷载、极限承载力等。研究结果表明，大头钢筋搭接试件的变形特征与直线钢筋焊接试件类似，开裂荷载及开裂荷载对应的竖向挠度接近直线钢筋焊接试件，大头钢筋搭接试件的极限承载力较直线钢筋焊接试件提高7.6%;大头钢筋湿接缝的受力机理可以用拉压杆模型进行解释，试件破坏时作为拉杆的大头钢筋并未屈服，而作为压杆的混凝土已经被压溃。在实际工程中使用强度较高且与预制板界面粘结性能较好的超高性能混凝土或高延性水泥基复合材料浇筑湿接缝，能够更好地发挥大头钢筋的抗拉强度，提高湿接缝的强度与延性。大头钢筋端部的锚固构造提高了纵筋的抗拔能力，使得大头钢筋搭接具备了类似钢筋焊接的性能。钢筋搭接还能大幅提高施工速度，节约建设成本。     

预制桥面板UHPC-U形钢筋湿接缝受力性能试验研究

针对目前装配式组合梁桥预制桥面板湿接缝宽度大、现浇量大的劣势,提出宽度较小的UHPC-U形钢筋接缝。为检验该接缝的力学性能,设计制作3个桥面板试件(JF-1,混凝土整板试件;JF-2,30cm宽UHPC-U形钢筋接缝试件;JF-3,60cm宽普通混凝土-U形钢筋接缝试件)进行静力弯曲试验,对比其极限承载力、抗裂性能及抗弯刚度。结果表明:3个试件的抗弯承载力相近,破坏形态均为剪跨区的弯剪破坏,湿接缝不会削弱桥面板的抗弯承载力;UHPC能显著提高湿接缝的抗裂性能;各试件的荷载～位移曲线基本相同,抗弯刚度基本一致,接缝对试件的抗弯刚度影响较小;试件JF-2、JF-3具有同等的抗弯强度及刚度,可以将UHPC作为湿接缝浇筑材料来减小接缝宽度。     

钢板组合梁桥面板的静力性能试验

为研究多主梁钢板组合梁桥面板的静力性能,结合某具体工程,制作足尺的多主梁试件,进行跨中及悬臂端静力加载试验。通过试验测试混凝土桥面板在荷载作用下的应变、变形和极限承载力等,观测混凝土桥面板裂缝发展情况及破坏形态。试验结果表明:整体预制混凝土桥面板的刚度比预制-现浇混凝土桥面板的大,在预制-现浇混凝土接缝处采用分离环形钢筋的刚度比传统直钢筋搭接的大。混凝土桥面板在跨中加载时,先发生加载位置截面底面混凝土开裂,当达到极限荷载时,加载位置截面的顶板混凝土压溃。桥面板在承载能力极限状态下的安全系数为6.7。     

装配式UHPC桥梁湿接缝模型试验及受弯性能研究

为了改善装配式UHPC(超高性能混凝土)桥梁接缝处由于钢纤维不连续易开裂受损的问题,提出UHPC湿接缝方案并进行优化及受力性能研究。完成了6个试验模型,即直接缝、菱形接缝、上下条带接缝、未焊接及焊接的上下条带菱形接缝5种UHPC接缝梁及UHPC完整梁。对模型的受弯裂缝破坏形式、试验梁的荷载-位移曲线、极限抗弯承载能力、搭接钢筋是否焊接的影响等方面开展相关研究。研究表明:接缝梁的受弯性能均低于完整梁,接缝梁中,焊接的上下条带菱形接缝梁的刚度最高,抗裂缝发展性能最强,综合受弯性能最优,其次是未焊接上下条带菱形接缝梁、上下条带接缝梁、菱形接缝梁和直接缝梁。     

预制节段RPC梁干接缝直剪性能试验研究

为了探索预制节段RPC梁干接缝在荷载作用下的直剪性能,制作了20个RPC推出试件,采用了直剪试验的方法进行研究,分析了钢纤维类型(type-2000,type-2850)、键齿数量(整体式、单键齿、三键齿)、水平正应力(1 MPa,2 MPa)和混凝土强度这4种因素对RPC梁干接缝直剪强度的影响,记录了RPC梁干接缝在直剪荷载作用下的开裂荷载、极限荷载、残余荷载、接缝的竖向相对位移和横向位移等数据,并根据试验数据绘制了荷载-位移曲线,观测了RPC梁干接缝的裂缝开裂形态和破坏模式。此外,测试了RPC材料的弹性模量、泊松比等力学性能。试验结果表明:预制节段RPC梁干接缝的开裂荷载约为极限荷载的42.6%～70.6%。水平正应力对各种类型接缝的直剪承载力均有明显的提高,其中,对三键齿接缝的提高最大。随着混凝土强度的增大,预制节段梁干接缝的直剪强度呈显著提高的趋势,在水平正应力为2 MPa的情况下,RPC单键齿干接缝的直剪强度是普通混凝土单键齿干接缝的直剪强度的2.38倍;RPC三键齿干接缝的直剪强度是普通混凝土三键齿干接缝直剪强度的3.17倍。RPC三键齿干接缝不会同时发生破坏,而是具有明显的顺序破坏现象。钢纤维对预制节段梁干接缝的抗开裂能力和极限承载力有较大的提升作用,但钢纤维类型对RPC干接缝的直剪强度的提升不大。     

钢筋环形连接混凝土裂缝模型分析

桥面板横向连接湿接缝最小宽度受钢筋连接方式制约,常规的数值模拟方法无法对钢筋环形搭接进行分析,限制了小宽度湿接缝的应用。通过混凝土裂缝有限元模型,分析了钢筋不同的连接方式;通过对比计算结果,验证了在桥面板湿接缝中可采用钢筋环形搭接。     

钢板组合梁桥横向U型筋湿接缝力学性能试验研究

针对传统钢板组合梁桥湿接缝焊接工程量大、安全储备较难保证等问题,提出横向U型筋湿接缝结构,研究其受力可靠性。考虑横向U型筋不同搭接形式及长度,选取并制作支座墩顶中间位置横向U型筋湿接缝试件进行静力拉伸试验、支座墩顶钢主梁位置横向U型筋湿接缝试件进行动力疲劳试验,分析试件裂缝发展、破坏形态和钢筋应力的变化规律。结果表明:静力拉伸试验下,横向U型筋湿接缝施工缝处会较早产生裂缝;横向U型筋采用焊接或增加搭接长度可减小钢筋平均应力。动力疲劳试验下,混凝土开裂会造成横向U型筋应力转移,开裂荷载附近横向U型筋应变变化较为明显,开裂后横向U型筋应力呈非线性增长。静、动力试验过程中,横向U型筋结构裂缝发展及钢筋受力均满足设计要求,力学性能较好。     

带竖向接缝的混凝土箱梁桥抗剪性能试验研究

为了解竖向接缝对预应力混凝土箱梁桥抗剪性能的不利影响及改进措施,以七里坪湘江大桥预应力混凝土梁为原型,设计制作4片预应力混凝土模型梁进行跨中单点加载试验,分析各模型梁在试验过程中的裂缝发展情况、破坏形态和抗剪承载力,研究交界面粗糙度和普通钢筋配筋率对抗剪性能的影响。结果表明:各模型梁的裂缝发展过程基本相似,破坏形态均为弯剪破坏;带竖向接缝梁的抗裂性能比整体浇筑梁差,但各梁的抗剪承载力相差不大;带竖向接缝梁的刚度低于整体浇筑梁的刚度;增加接缝处混凝土交界面粗糙度和普通钢筋配筋率可以提高带竖向接缝梁的抗裂性能和刚度。     

UHPC模壳-RC叠合盖梁受力性能试验

由于整体预制RC盖梁对起重和运输设备要求高,而分段预制盖梁的拼接缝容易发生渗水且在节段分界面上纵筋不能连续传力,因此提出一种在UHPC模壳内部现浇混凝土的半预制叠合盖梁。开展带剪力键和不带剪力键的2个UHPC模壳-RC叠合盖梁和1个现浇RC盖梁对比试件的静力试验,并通过有限元模型分析了结合面黏结程度对叠合盖梁受力性能和破坏模式的影响规律。研究结果表明：UHPC模壳-RC叠合盖梁的破坏模式与现浇RC盖梁一致,均为剪压破坏;不带剪力键的叠合盖梁开裂荷载和极限承载力分别比现浇RC盖梁提高了42.1%和13.8%,同时可以有效降低裂缝宽度的扩展,但叠合盖梁存在界面脱开,核心混凝土拱起和UHPC模壳竖向开裂等现象;剪力键可以增大交界面黏结程度,有效减小最大裂缝宽度和交界面裂缝宽度的扩展速度,其交界面开裂荷载和极限承载力比不带剪力键的叠合盖梁提高50.0%和12.1%;理想界面黏结状态下,UHPC模壳可以达到极限压应变,材料性能得到充分发挥,说明UHPC模壳可以完全参与整体受力,但极限承载力仅比带剪力键叠合盖梁提高8.8%。以上结果说明,带剪力键的UHPC模壳-RC叠合盖梁具有良好的截面黏结强度和整体受力性能,可以推荐实际工程使用。     

节段预制桥梁胶接缝配筋剪力键剪切性能试验

针对节段预制桥梁胶接缝设计普遍采用剪力键作为连接形式,制作3组共计16个匹配预制的胶接缝剪力键试件,考虑剪力键键齿齿目、键齿配筋形式以及是否配有体内束3种因素,进行直剪试验研究,以得到这些因素对胶接缝的开裂荷载、极限荷载、变形、裂缝开展模式以及最终的破坏模式的影响规律。研究结果表明：与素混凝土键齿胶接缝相比,三键齿配筋的胶接缝剪力键抗剪承载力平均提高4.52%,双键齿配筋胶接缝剪力键抗剪承载力平均提高8.73%,而布置体内束的胶接缝剪力键的抗剪承载能力提高率能达到18.6%,远大于键齿配筋;剪力键键齿配筋和布置体内束可以明显提高剪力键破坏时的延性,降低开裂荷载与极限荷载的比值,改变开裂形式;键齿处配筋使得剪力键的破坏形式从原来的素混凝土键齿根部脆性破坏变为键齿配筋处的保护层脱落破坏;布置体内束,键齿中的裂缝增多,尤其是斜裂缝发展更加充分和密集。为了方便预测胶接缝剪力键的抗剪承载能力,根据胶接缝的传力机理,依据莫尔-库仑摩擦破坏准则,并结合AASHTO规范与Buyukozturk的试验研究成果,提出了预测胶接缝配筋剪力键直剪承载力的抗剪承载力计算公式,同时将分析结果与试验结果进行对比,吻合良好。     

预制节段拼装桥墩多节点转动推覆分析方法及试验验证

为了给预制拼装桥墩抗震设计计算提供参考,针对典型预制拼装桥墩所采用的仅无黏结预应力或无黏结预应力+耗能钢筋连接方式,考虑混凝土、耗能钢筋和预应力筋的非线性本构模型,推导了预制节段拼装桥墩多节点转动推覆分析计算过程。基于关键截面弯矩-曲率分析确定弯矩承载力和对应的墩顶水平荷载,然后计算各个接缝的弯矩和曲率,进而计算墩顶位移。开展了2种接缝连接方式预制节段拼装桥墩试件拟静力试验,将多节点转动推覆分析方法模拟结果与拟静力试验结果进行对比,分析预制拼装桥墩水平抗力-侧移曲线以及接缝张开、预应力筋应力、墩柱转角随侧移的变化,各种位移机理对墩顶位移的贡献,接缝处混凝土应变等。研究结果表明:多节点转动模型与单节点转动模型水平承载力计算结果基本一致,而多节点转动模型桥墩侧移计算结果大于单节点模型计算结果,多节点模型计算精度更高;多节点转动模型接缝张开、预应力筋应力和接缝转动计算结果与试验结果基本一致;开始时墩顶位移主要由剪切位移和整体弯曲位移提供,随着墩顶位移的增大,墩底接缝转动对墩顶位移的贡献逐渐占主导地位;墩柱混凝土轴向应变测试结果验证了各个接缝处混凝土应变随着墩高逐渐降低的趋势,接缝处的混凝土轴向应变远大于墩柱混凝土轴向应变。     

钢-RPC轻型组合桥面结构湿接头弯曲试验

为了提升正交异性钢板-RPC(Reactive Powder Concrete,活性粉末混凝土)轻型组合桥面结构湿接头的力学性能和抗裂性能,针对分次浇筑的RPC层接缝处钢纤维不连续,接缝处RPC的抗拉强度远低于连续浇筑部位等问题,进行了RPC湿接头弯曲试验研究。设计制作了2片试验梁,其中包括5种加密钢筋湿接头和3种异形钢板湿接头以及1种焊接钢筋网湿接头形式。比较了每片试验梁的荷载-变形曲线和RPC名义拉应力-最大裂缝宽度曲线,分析了加密钢筋配筋率、异形钢板企口角度、钢筋焊接形式等因素影响下不同湿接头形式的抗裂性能。研究结果表明:加密钢筋配筋率越高,湿接头抗裂性能相应越好;异形钢板企口角度为66°时,RPC开裂应力最高;与加密钢筋湿接头和常规湿接头相比,异形钢板湿接头和焊接钢筋网湿接头具有更好的力学性能和抗裂性能;加密钢筋焊接在钢板上的湿接头抗裂性能显著优于不焊接在钢板上的湿接头抗裂性能;异形钢板湿接头和焊接钢筋网湿接头考虑耐久性的RPC允许开裂应力根据测试结果分别为26.5,25.1MPa,能够满足RPC桥面板在车辆荷载作用下的抗裂强度要求。     

钢箱组合梁混凝土裂缝特征试验

为了解斜腹板钢箱组合连续梁负弯矩区混凝土裂缝的特征,选取2根斜腹板钢箱组合梁进行负弯矩受力性能试验,考察负弯矩荷载作用下组合梁混凝土板裂缝的出现、发展过程和裂缝宽度变化,以及钢筋和混凝土板上缘的应变分布。结果表明：组合梁混凝土在荷载较低时就产生开裂,混凝土板中的裂缝分布特性与配筋率有关;当配筋率较小时混凝土开裂引起其附近的钢筋应变突然增加,钢筋屈服后随着荷载的增加裂缝宽度也增长较快;当配筋率合理时,混凝土产生的0.2mm宽裂缝对应荷载为初始开裂荷载的3倍以上;裂缝间距与混凝土板中横向配筋间距和剪力钉间距有一定关系。     

装配式NC板UHPC湿接缝轴拉性能试验研究

装配式混凝土结构因施工便捷、节约工期等优势被频繁应用,常规混凝土结构使用的湿接缝为普通混凝土(NC),但是NC湿接缝与原结构粘结强度不高,导致接缝处出现了大量的病害。而超高性能混凝土(UHPC)有着更小的级配作湿接缝时与原NC结构具有更好的粘结强度,但目前国内对装配式NC-UHPC湿接缝轴拉性能研究较少,故本试验设计NC和UHPC两种湿接缝共6个试件并结合有限元分析,来探讨其轴拉性能。经试验和有限元分析后得出结论:UHPC作湿接缝时装配式NC-UHPC结构的轴拉性能远优于NC湿接缝,试件的初裂及极限荷载均远超NC接缝,故可考虑UHPC作为湿接缝应用。     

钢混组合梁负弯矩区接缝抗拉性能试验研究

依托杭甬高速公路复线滨海互通匝道钢混组合连续梁桥，对钢混组合梁负弯矩区接缝抗拉性能开展试验研究。设计了负弯矩区接缝抗拉性能试验方案，探究接缝钢筋形式、接缝尺寸、接缝钢筋定位偏差等因素对接缝性能的影响；从试件破坏形态、荷载位移曲线等方面，对比分析各因素对接缝试件抗拉性能方面的差异；通过各试件的试验值与有限元模型仿真值对比，验证了负弯矩区接缝抗拉性能试验结果的合理性。研究表明：接缝内环形钢筋在出现钢筋定位偏差时，将显著影响接缝抗拉承载能力及延性；接缝内采用直线钢筋或环形钢筋对湿接缝的抗拉承载力影响较小(约5%以内),且湿接缝宽度在500 mm～700 mm范围内对接缝抗拉性能的影响不显著，但采用直线筋、减小接缝宽度可提升施工便利性。     

配筋超高性能混凝土梁有限元分析研究

超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)作为一种新型的水泥基复合材料,在力学性能上具有高抗压强度、高抗拉强度、高弹性模量、高耐久性且徐变特性良好的优点。通过ABAQUS有限元分析,主要研究了在普通钢筋UHPC-T梁方案下,钢筋直径(配筋率)、钢筋强度等级、UHPC抗拉强度和UHPC极限拉应变对UHPC-T梁抗弯性能的影响。根据参数分析结果,对于普通钢筋配筋的UHPC梁,钢筋直径(配筋率)和钢筋强度等级的改变对抗弯承载力的提高作用较为明显,钢筋强度等级的改变可以显著提高屈服荷载值,而UHPC抗拉强度的提高对于开裂荷载影响较大,UHPC极限拉应变主要影响梁体的延性。     

固化期间缓黏结预应力梁力学性能试验

为了探明固化期间缓黏结预应力混凝土梁的力学性能,制作了4根缓黏结预应力混凝土梁,每根梁直线布置3根缓黏结预应力钢筋,进行试验梁的抗弯承载力测试。通过邵氏硬度计测得试验梁缓黏结剂的硬度,用以反映缓凝材料在加载试验时的固化性质;然后把试验梁分4批进行三分点两点同步单调静力加载试验;最后通过监测梁挠度、关键截面混凝土的应变变化、预应力钢筋张拉端和锚固端的压力变化、裂缝分布等指标,明确缓黏结预应力钢筋与混凝土之间的传力机理以及混凝土梁的抗弯承载能力。结果表明:缓黏结剂的固化度对预应力混凝土梁的开裂荷载影响较小,对最大承载力影响较大,利用现有的预应力混凝土计算理论计算得到的开裂荷载与试验结果吻合较好,但最大承载力的理论计算结果相对保守;随着缓黏结剂逐渐固化,预应力混凝土梁的极限承载力随之增加,当缓黏结剂的邵氏硬度(D型)达到80时,缓黏结预应力钢筋与混凝土具有良好的共同工作状态,梁纯弯段部分的裂缝开展均匀,数量较多,其承载力及延性也最大。