钢-UHPC轻型组合桥面板横向受力性能

为研究一种正交异性钢-超高性能混凝土(UHPC)轻型组合桥面结构,在局部车轮荷载作用下的横向受力性能与横向受力组成,进行了足尺模型静载试验和有限元数值模拟。静载试验对同一足尺模型分别进行了横向简支工况和横向悬臂工况的加载试验,通过边界条件的变化来模拟组合桥面板不同的受力状态,并将试验结果与有限元分析结果进行对比,验证有限元模型的正确性,而后利用有限元模型的分析结果,得到组合桥面板在局部车轮荷载下的横向受力组成。研究结果表明:组合桥面板在车轮荷载作用下,其横向受力局部效应明显,横向应力主要局限于荷载作用区域附近的两道U肋范围内;在车轮荷载影响区域内,由横肋弯曲产生的桥面板整体附加弯矩的影响很小,组合桥面受力以第3体系为主,相应截面弯矩达到了总弯矩的75%,而在其他区域,第3体系受力所占比重迅速衰减,组合桥面受力以第2体系为主;加载至300kN时,组合桥面板受力仍处于弹性阶段,UHPC层顶面最大横向应力达到11.9 MPa仍未开裂,满足设计要求。     

斜拉桥双边工字钢-UHPC桥面板组合梁静力性能研究

针对斜拉桥传统钢-混组合梁的不足,提出双边工字钢-UHPC桥面板组合梁。以湖南马路口资水大桥为依托,分别采用有限元软件MIDAS和ANSYS建立全桥模型和主梁节段模型,分析组合梁的受力性能,制作UHPC桥面板模型试件进行弯曲试验,研究UHPC桥面板的受力性能。结果表明:荷载组合作用下,钢主纵梁、钢横梁的最大正应力分别为223 MPa、197MPa,最大剪应力分别为145MPa、65MPa,小于钢材强度设计值;顺桥向、横桥向弯曲构件破坏时的名义拉应力分别为63.2MPa、34.5MPa,初裂应力分别为23.2MPa、10.4MPa,UHPC桥面板的抗弯承载能力满足要求,且具有良好的抗裂性能。     

UHPC加固受损混凝土斜拉桥主梁模型试验

基于超高性能混凝土(UHPC)的优异性能及其在混凝土结构抗弯加固中的应用成果，提出了采用配筋UHPC加固受损混凝土斜拉桥主梁的方法，由此开展了UHPC加固受损严重主梁的混凝土斜拉桥节段模型试验研究，以探究主梁加固后斜拉桥体系的受力性能。试验结果表明：UHPC加固混凝土斜拉桥主梁施工方式整体协同工作性能良好，UHPC层与原混凝土间未发生脱黏破坏；UHPC加固后，主梁开裂荷载较原未损伤主梁提升了79.9%,且UHPC层裂缝呈现数量多、间隙小及宽度细的特征，并可有效抑制原主梁裂缝发展，说明受拉UHPC层显著提高了加固后主梁的抗裂性能；不同主梁裂缝宽度工况荷载作用下，斜拉桥体系变形恢复较好，残余变形很小，且当主梁出现严重损伤时，该体系仍具有很好的受力性能；UHPC加固后，主梁的抗弯强度有一定程度提高，但不控制斜拉桥体系的极限承载力，主梁破坏时斜拉索应力为其极限强度的70.2%,斜拉索仍然具有一定承载力富余；UHPC加固后，主梁严重受损的斜拉桥体系刚度得到有效提升，主梁开裂前体系刚度较未损伤原主梁及灌浆加固后主梁分别提升了11.3%和29.5%;采用UHPC对混凝土斜拉桥主梁进行抗弯加固具有较大...     

同济路立交桥空心板梁桥加固方案比选

上海同济路立交桥空心板梁在运营多年后出现了纵向贯穿裂缝及大量铰缝破坏,为修复桥面病害,提出了常规加固方案(厚11cm的普通混凝土铺装层)与超高性能混凝土(UHPC)薄层加固方案(厚8cm的普通混凝土铺装层+厚3cm的UHPC铺装层)2种加固方案。为选择合理的加固方案,采用有限元分析软件MIDAS FEA建立了局部及全桥模型,分析了2种方案下空心板梁的破坏模态和桥面铺装层应力,并进行了悬臂梁模拟加载试验。结果表明:UHPC薄层加固方案可以大幅提高结构的极限承载力,较常规方案铺装层的承载力提高85.5%,且能够保持板梁的横向整体受力。因此,该桥选择UHPC薄层加固方案进行维修加固。     

基于断裂力学的UHPC加固钢桥面板性能分析

正交异性钢桥面板的板-肋焊接处是车辆荷载下极易开裂的位置,通过UHPC加固可以有效减小钢桥面板的疲劳风险。为了研究UHPC加固钢桥面板的效果,基于线弹性断裂力学展开有限元分析。通过正交异性钢桥面板试验案例作为参考对焊趾处的疲劳性能进行计算,验证了有限元模型的可靠性,通过在焊接细节处插入初始裂纹进行应力强度因子计算分析,考虑不同加载位置以及UHPC层厚度对裂纹尖端的应力强度因子值的影响。研究结果表明：顶板处焊缝位置的热点应力要高于U肋处的焊缝,热点应力受荷载位置影响较为明显;增加UHPC层可有效增加正交异性钢桥面板的刚度,从而减少裂纹尖端的应力集中,增设50 mm厚的UHPC铺装层时,初始裂纹尖端的应力强度因子减小约89%,研究内容可为UHPC加固钢桥面板设计提供参考。     

斜拉桥Π形主梁桥面板纵向裂缝成因分析

某桥为2×122.5m独塔斜拉桥,主梁为Π形截面预应力钢筋混凝土梁,该桥建成于20世纪90年代,经过多年运营,50号混凝土桥面板普遍出现纵向裂缝。为研究裂缝成因,采用有限元软件计算各种荷载作用下Π形梁桥面板的横向应力,通过荷载试验实测Π形梁桥面板的横向应力和纵向裂缝开展情况,并进行对比分析。结果表明:自重荷载不是桥面板产生纵向开裂的因素;汽车荷载对桥面板纵向开裂有一定的影响,但不是主要原因;按85规范温度梯度计算,桥面板底面未出现横向拉应力,按2015规范正温度梯度计算,桥面板底面拉应力达4.46 MPa,超过现行规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中有关C50混凝土的抗拉强度设计值,85规范关于温度梯度荷载的规定偏不安全,是导致桥面板纵向开裂的主要原因;横隔梁预应力对桥面板纵向开裂的影响较小。     

装配式钢-UHPC组合桥面板试设计及性能研究

针对钢-UHPC组合桥面板使用传统机械剪力连接件的不足,提出一种装配式钢-UHPC组合桥面板。为给该装配式组合桥面板的设计和应用提供依据,以国内某大跨度扁平钢箱梁桥为依托,将该桥钢桥面板改为装配式钢-UHPC组合桥面板进行试设计,并采用ANSYS建立主梁节段空间有限元模型,对试设计的装配式组合桥面板的受力性能进行研究。研究结果表明:装配式组合桥面板中,UHPC层的横桥向拉应力和粘结层的横桥向剪应力是结构计算的控制指标;在装配式组合桥面板结构中,UHPC层受到的最大拉应力为10.87 MPa,粘结层受到的最大剪应力为0.97 MPa,材料均能满足结构的受力要求;装配式组合桥面板的钢面板最不利构造细节的最大应力幅仅为纯钢桥面板的1/5,说明装配式组合桥面板结构可满足实际桥梁需求且可有效地避免纯钢桥面疲劳开裂等病害。     

基于断裂力学的UHPC复合拱圈加固效率研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)复合拱圈受力机理及合理加固厚度,以某钢筋混凝土拱桥为背景,基于断裂力学机理,采用ABAQUS实体分析软件建立拱圈及加固层整体有限元模型,计算分析经UHPC、C50材料复合加固后拱圈的应力降幅水平和加固层厚度改变的应力变化规律。结果表明:基于断裂力学应力强度因子理论,采用复合拱圈加固后,带Ⅰ型裂纹和Ⅲ型裂纹主拱圈的应力强度因子分别减少36.7%和29.1%;Ⅰ、Ⅲ型裂纹主拱圈加固后,有限元计算的主拉、主压应力降幅均大于断裂力学理论分析的应力降幅,表明存在多种阻裂机理;加固层厚度增加与应力降幅呈非线性,薄层加固中使用UHPC材料的应力降幅较C50混凝土效果显著,采用厚3~9cm的UHPC薄层加固时,其加固效率较高。     

带板肋的钢-UHPC轻型组合桥面板计算与试验研究

为解决钢混结合段区域U形加劲肋传力不流畅,受力以及施工复杂等问题,提出一种新型的带板肋的超高性能混凝土(UHPC)轻型组合桥面板,通过有限元分析将其抗疲劳性能与带U肋超高性能组合桥面板进行对比分析研究,并进一步对该结构在负弯矩作用下的承载能力,UHPC层的开裂应力,破坏模式以及荷载挠度关系进行实桥足尺模型试验研究。结果表明:(1)板肋组合桥面结构在疲劳性能上有更大优势,其在疲劳细节2,3,4上的应力幅均大大低于U肋组合结构;(2)足尺模型试验得到板肋轻型组合桥面结构的开裂应力为20.1 MPa略低于U肋轻型组合结构23.6 MPa;(3)板肋组合结构的破坏模式均为加劲肋屈服导致结构丧失承载能力而发生破坏,而U肋组合结构的破坏模式为横隔板屈曲失稳破坏于工程应用不利;     

益阳胜天大桥主桥桥面板和索塔局部应力分析

益阳市胜天大桥为(181.95 m+450 m+181.95 m)双塔双索面斜拉桥。该桥主梁采用PK型分离双箱钢梁与UHPC桥面板相结合的结构形式,可降低主梁自重约30%,有效避免了普通混凝土桥面板普遍存在的易开裂问题。主桥采用花瓶型索塔,分别由下、中、上塔柱及下、中、上横梁六部分组成。本文采用Ansys14.0分别建立桥面板和索塔空间有限元模型,对桥面板及索塔受力复杂的局部区域进行空间有限元应力分析,揭示桥面板及索塔的受力特性及应力分布规律,以保证桥面板和索塔结构的安全性与耐久性。     

双主梁钢板组合梁UHPC接缝设计和计算分析

为解决双主梁钢板组合梁负弯矩区桥面板易开裂的难题,将超高性能混凝土UHPC(Ultra-High Performance Concrete)用于横向湿接缝的现浇.以瑞苍高速公路1联双主梁钢板组合连续梁桥为例,介绍了负弯矩区UHPC接缝设计方案,并与常规接缝技术方案进行对比;同时,采用有限元方法分析了UHPC接缝的受力性...     

钢-混凝土工字组合梁桥力学性能的数值分析

以某钢-混凝土工字组合梁桥为工程背景,通过ANSYS有限元软件建立全桥数值模型,研究了该结构体系在二期铺装荷载和汽车荷载作用下的受力性能。研究表明:混凝土桥面板在支座位置处因受到负弯矩作用而产生较大的主拉应力;二期铺装荷载作用下混凝土桥面板横向应力对主拉应力的贡献较小,而汽车荷载作用下的桥面板横向应力不容忽略;两种工况下工字钢主梁的等效应力普遍较低,具备较高的安全储备;除局部产生应力集中外,桁架式横梁、加筋肋等构造构件的应力水平较低,有待于进一步的优化设计研究。     

UHPC中MCL形组合销的抗剪性能

改进螺旋线（Modified Clothoide，MCL）形组合销是抗剪性能优异的一类新型剪力连接件，在组合结构桥梁中具有广阔的应用前景。为探究MCL形组合销在超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete，UHPC）中的抗剪性能，依据新型波形组合桥面板结构中MCL形组合销的纵向和横向受力特征，设计并开展了纵向和横向2类推出试验；建立了考虑材料与界面接触等非线性因素的2类推出试验有限元模型，基于试验结果验证了有限元模型的适用性；采用有限元模型开展了结构的全过程受力分析，阐明了2类推出试验的荷载传递历程与破坏机理；依据受力特征和破坏模式，推导了适用于钢销失效破坏模式的MCL形组合销纵向极限抗剪承载力计算式；通过现有公式对比，确定了适用于UHPC压溃破坏模式的MCL形组合销横向极限抗剪承载力计算式。结果表明：UHPC中MCL形组合销的纵向和横向抗剪性能差异显著，纵向抗剪性能表现出良好的延性特性，而横向抗剪性能表现出较高的抗剪刚度和抗剪承载力；主要力学指标的有限元计算值与试验结果符合较好，验证了有限元模型的适用性；MCL形组合销的纵向破坏模式主要表现为钢销产生较大的塑性变形，其根部截面进入屈服状态，而横向破坏模式主要表现为钢销下侧UHPC压溃；纵向和横向极限抗剪承载力计算值与试验值之比的均值分别为1.18，1.06，标准差分别为0.13，0.01，计算值与试验值吻合良好。     

超高性能纤维混凝土加固公路桥梁的分析与评定

以CFRP加固后的重庆某大桥单片中板为研究对象,进行单梁有限元模型的建立,对CFRP加固预应力空心板的承载能力进行分析。结果表明:CFRP加固对延缓裂缝的出现影响较小;但CFRP加固能有效制约裂缝的进一步开展,提高梁体抗裂性能。CFRP加固能增强了主梁横向刚度,改善横向受力;跨中截面全部测点挠度减小幅度集中在9.8%~19.5%之间。CFRP加固能有效减小正常使用下的跨中截面变形;CFRP与钢筋混凝土经过协同作用可改善整个主梁受力。在受拉区,CFRP加固可有效减小混凝土最大拉应力,增强结构变形能力;在受压区,CFRP加固对混凝土最大压应力基本无变化;CFRP加固可小幅提高动力特性和结构刚度,并能降低减小冲击系数。     

铁路桥梁超高性能混凝土桥面铺装力学性能分析

针对铁路桥梁超高性能混凝土桥面铺装层的受力特点,结合某连续钢桁梁特大桥工程,采用有限元软件建立力学分析模型。通过对桥面铺装层最不利荷载位置进行分析,研究桥面铺装结构的纵、横向应力及疲劳应力,发现超高性能混凝土铺装层能够有效改善正交异性钢桥面板的应力状态,确定了超高性能混凝土铺装层设计的力学控制指标。     

UHPC-NC组合结构抗弯性能试验及有限元分析

提出了一种超高性能混凝土-普通混凝土(UHPC-NC)组合结构,以解决传统中小跨径桥梁的不足。①为了研究所提出的UHPC-NC组合梁抗弯性能,设计了一根1∶2的缩尺模型,并进行了试验研究和有限元分析,结果表明试验模型的名义初裂应力为23. 4 MPa,承载能力极限状态的名义应力为62. 9 MPa,能够满足工程正常使用极限状态和承载能力极限状态下的抗弯承载力要求。②建立了试验梁的ABAQUS有限元模型,计算结果与试验结果吻合较好,表明所建立的有限元模型具有一定的准确性和适用性。③通过有限元模型分析了纵向主筋配筋率、UHPC抗拉、压强度及现浇桥面板强度等级对组合梁抗弯性能的影响。结果表明提高主梁配筋率、UHPC抗拉强度能够显著提高组合梁的极限承载能力,而UHPC抗压强度和现浇桥面板的强度等级对组合梁的极限承载能力影响不大。     

曲线钢-混凝土结合梁桥的温度应力

基于有限元软件分别对曲线钢-混凝土结合梁桥整体升温25℃和桥面板降温7.5℃进行受力分析。研究在整体升温的温度应力作用下沿桥宽方向桥梁跨中挠度值、桥面板横向位置值、纵向应力值,并给出了整桥的变形云图;降温的温度应力下桥面板沿桥宽方向桥梁跨中挠度值、桥面板横向位置值、混凝土板及钢箱梁底板纵向应力值,同样给出了桥面板及钢箱竖向位移分布云图。通过对曲线钢-混凝土结合梁的有限元分析,说明曲率效应和扭转效应在曲线梁桥计算中是不可忽视的。     

大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁力学特性研究

为明确在多种不利荷载组合作用下大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁的受力规律,以某桥跨布置为(40+175+410+175+40)m的双塔钢-混组合梁斜拉桥为背景进行研究。采用ANSYS建立该桥混合单元空间有限元计算模型,分析自重及斜拉索索力、车辆轮载、桥面板预应力、混凝土收缩和徐变效应、温度效应等荷载及组合作用下中跨跨中段主梁的结构响应。结果表明:对于双索面钢-混组合梁斜拉桥,局部轮载作用下桥面板呈现出明显的局部受力特性,桥面板"第二体系"拉应力可能会大于"第一体系"压应力,中跨跨中区域及边跨尾索区桥面板应配置纵向预应力;桥面板混凝土的收缩和徐变效应、温度效应的叠加是桥面板出现顺桥向裂缝的根本原因,设计时应全桥配置桥面板横向预应力。     

空心板桥桥面铺装对主梁受力性能影响分析

采用有限元计算模型,对空心板桥桥面铺装层对主梁受力性能进行了仿真模拟分析,并与荷载试验的结果进行了对比。结果表明,不考虑桥面铺装参与受力时主梁的计算应力、挠度、荷载效应分别比考虑桥面铺装参与受力时分别大22%、30%、38%,考虑桥面铺装参与主梁受力更加接近荷载试验的实测结果,结构更偏于安全。     

GFRP-钢组合梁桥的荷载试验

对国内首座GFRP -钢组合梁桥进行荷载试验,并将荷载试验的实测结果与理论计算结果进行了分析比较.对GFRP桥面板的局部变形进行测量,并与有限元计算值进行对比,分析了在车轮荷载作用下桥面板结构的变形情况与沥青混凝土铺装层的应变状态.结果表明各主梁变形实测值和理论值接近,由车轮荷载引起的铺装层表面拉应力小于沥青混凝土的抗...