钢-超高延性混凝土组合桥面结构力学性能分析及疲劳试验

为改善当前大跨径钢桥钢箱梁桥面板普遍存在疲劳开裂的现状,提升钢桥面铺装体系正常服役寿命,提出了一种钢-超高延性混凝土组合桥面方案:组合桥面主要由正交异性钢桥面板、配筋超高延性混凝土层和沥青磨耗层组成,钢桥面板上表面焊接栓钉,并设置防水黏结层,超高延性混凝土层与钢桥面板间通过栓钉相连,超高延性混凝土层上表面采取表面粗糙处理,并设置防水黏结层,确保与其上的沥青磨耗层之间形成可靠连接。以虎门大桥钢箱梁为背景,采用有限元软件Abaqus对所提出的组合桥面铺装体系进行了力学性能分析。分析结果表明:采用组合桥面铺装体系,可明显提升正交异性钢桥面铺装体系的整体刚度,使得正交异性钢桥面板关键受力部位的应力水平降低25%～45%,显著延长钢桥面板疲劳寿命。制作了足尺钢箱梁子结构试验模型并开展了疲劳试验研究,疲劳试验结果表明:在规范规定的疲劳车荷载及高于疲劳车荷载的疲劳荷载作用下,累计经历400万次疲劳试验后,组合桥面铺装结构铺装层和钢桥面板均未出现破坏迹象,采用钢-超高延性混凝土组合桥面,可有效延长钢桥面铺装结构使用寿命。研究成果为既有存在病害的钢桥钢箱梁承载力的恢复甚至提高,乃至新建钢桥的桥面铺装提供了一种有益的选择方案。     

佛陈大桥(扩建)的轻型组合桥面结构设计

佛陈大桥(扩建)连续钢箱梁的桥面采用各向异性钢桥面铺装,为解决钢桥面疲劳裂纹和铺装易损坏的问题,从耐久性出发,转变桥面铺装的设计思路,结合钢箱梁的结构设计,引入了轻型组合桥面结构,在扩建右幅桥试验性地采用超高韧性混凝土(STC)和沥青磨耗层组合铺装结构,提高铺装下层的设计年限和钢桥面的抗疲劳寿命,从而降低铺装层的养护成本和生命周期总成本。通过模型试验,验证该轻型组合桥面结构的抗裂能力,能达到设计要求。     

礐石大桥轻型组合桥面结构应用概述

目前,钢桥面体系中存在着正交异性钢桥面结构疲劳开裂和沥青混凝土铺装层易损这两大难题。超高韧性混凝土(STC)的成功研发为解决这两大难题打开了新的思路,以超高韧性混凝土为基体形成的钢-STC轻型组合桥面结构可大大增加钢桥面板的局部刚度,降低了正交异性钢桥面板各构造细节处的活载应力,大幅提高了钢桥面的抗疲劳寿命,同时改善了沥青面层的工作条件,大幅降低了铺装层出现病害的风险。本文以汕头礐石大桥桥面铺装维修工程为背景,介绍了轻型组合桥面结构首次在大跨径斜拉桥上应用的设计、施工及检验验收等情况。     

钢-STC轻型组合结构桥面技术在株洲枫溪大桥的应用研究

钢-STC轻型组合结构桥面是基于超高韧性混凝土(STC)基础上研发的一种超级桥面结构;它通过剪力连接件的作用,使密配筋的STC层与正交异性桥面板协同受力,大幅度降低了钢桥面的疲劳应力幅,并有效解决了钢桥面铺装层易破损的世界难题。该文通过株洲枫溪大桥的运用实例,对钢-STC轻型组合结构桥面的施工技术及工艺要点进行总结和归纳,为推动该项技术的应用发展提供经验。     

大跨度斜拉桥轻型组合桥面方案设计与仿真分析

正交异性钢桥面板疲劳开裂和沥青铺装频繁破损已成为钢桥养护领域的难题,其主要与钢桥面局部刚度不足有关。文中以某大跨度正交异性板钢箱梁斜拉桥为背景,针对大桥出现的上述病害问题,提出钢-超高韧性混凝土(STC)轻型组合桥面结构方案,以对该桥钢桥面进行加固维修,并对轻型组合桥面方案建立了全桥整体模型。计算表明,采用钢-STC轻型组合桥面结构方案后,大桥的整体受力变化不大,不会影响其整体安全性。同时对标准梁段建立了局部有限元模型,结果表明,钢桥面典型疲劳细节的应力降幅达24.8%~84.6%,将基本消除钢桥面的疲劳开裂风险。     

双塔单索面大悬臂钢-STC组合桥面斜拉桥受力性能的研究

清远市北江四桥为双塔单索面超宽幅大悬臂钢-STC桥面板钢-混凝土混合斜拉桥,超宽幅钢-STC轻型组合桥面横向悬臂大的结构特点,使该桥在横向偏载情况下,钢-STC层承受较大的拉应力。钢桥面的疲劳问题一直是桥梁设计关注的重点,对该桥应用热点应力法重点分析STC对该桥钢桥面疲劳性能的影响:超宽幅钢-STC轻型组合桥面的局部刚度由于STC层的介入而大幅提高,降低了钢桥面板的活载应力幅,进而延长疲劳寿命,通过疲劳受力分析对STC层及钢箱梁在横隔板、U肋腹板等疲劳细节位置的抗疲劳性能进行研究。     

南京长江第二大桥钢桥面铺装层受力分析研究

南京长江第二大桥采用正交异性钢箱梁结构，桥面铺装层在国内首次采用环氧沥青混凝土材料。本文将正交异性钢桥面板、铺装层作为受力整体，建立有限元分析模型，研究铺装层内受力变形特点，提出桥面铺装层破坏指标。研究铺装层参数、钢箱梁有关设计参数对于铺装层受力的影响。为桥面铺装层材料选用、钢箱梁结构构造设计及车道划分提供理论依据。     

超高性能轻型组合桥面铺装体系基本力学性能研究

为解决大跨径钢桥面疲劳开裂和铺装层早期损坏这两大难题,提出薄层聚合物混凝土(TPO)铺筑于超高韧性混凝土(STC)-钢桥面板的超高性能轻型组合桥面铺装体系。基于马房大桥的有限元模型,分析STC+TPO铺装体系的受力和变形特点。计算结果表明:采用STC+TPO铺装体系,钢桥面板中的拉应变平均降幅达76.4%,铺装层中的拉应变峰值和竖向位移峰值降幅均大于49.0%;此外,车辆荷载、环境温度和铺装层厚度等对STC+TPO铺装体系的受力状况有较大影响,60℃时STC-TPO界面抗剪强度可达2.56 MPa;STC+TPO铺装体系能大幅提高桥面系刚度,降低铺装层和桥面板的应力应变幅值,从而减小桥面板和铺装层疲劳开裂的风险;同时,STC和TPO的抗拉强度及界面抗剪强度均满足重载和高温环境下的使用要求。     

襄阳市东西轴线二跨汉江大桥钢-混组合桥面铺装受力分析

襄阳市东西轴线二跨汉江大桥主桥为(3×60+320)m的独塔混合梁斜拉桥,边跨主梁采用混凝土梁,主跨主梁采用钢箱梁,桥面采用14mm厚正交异性钢桥面板+80mm厚C40聚丙烯纤维混凝土+70mm厚SMA改性沥青混凝土的铺装方案。为分析该钢-混组合桥面铺装方案的结构受力是否合理,采用MIDAS Civil 2010软件建立全桥整体模型及横隔梁、U肋局部分析模型,对钢梁、混凝土桥面板的应力及混凝土桥面板的裂缝宽度进行计算分析。结果表明:钢梁及混凝土桥面板的各项应力均在规范容许的范围内;钢梁的Von Mises等效应力小于钢材的屈服强度;混凝土桥面板的表面最大裂缝宽度为0.097mm,小于规范控制的目标值0.15mm。     

钢箱梁桥面铺装体系构造参数对铺装层应力的影响

针对广州珠江黄埔大桥的结构形式,对钢箱梁桥面铺装体系进行三维有限元分析,分别研究铺装层厚度、钢桥面板厚度、横隔板间距、纵向加劲肋构造尺寸等钢箱梁桥面铺装体系的构造参数对铺装层最大拉应力、铺装层与钢桥面板层间最大剪应力和铺装层表面最大弯沉值等受力控制指标的影响.用此研究结果可指导珠江黄埔大桥钢箱梁桥面铺装层的设计.     

明州大桥钢桥面铺装层ERS施工技术

为了解决钢桥面板与铺装层间防水、抗滑移、高温稳定等问题,宁波明州大桥主桥钢桥面板铺装层采用树脂沥青组合体系(ERS)桥面铺装技术,桥面铺装结构组成为40 mm高粘改性沥青(SMA-13)+改性沥青防水粘结层+25 mm环氧沥青混凝土(RA05)+环氧粘结碎石层(EBCL).通过对钢桥面板喷砂除锈,达到Sa2.5级;按比例混和EBCL胶料,分2层涂刷,同时洒布碎石;摊铺RA05混合料,并用胶轮压路机碾压,在其固化后洒布防水粘结层;摊铺SMA-13沥青混凝土层,采用钢轮+胶轮+钢轮的组合方式碾压,确保了ERS施工质量,桥面铺装效果良好.     

武汉至大悟高速公路钢箱梁桥面铺装结构方案

目前国内大多数钢箱梁结构的柔性铺装在使用过程中均出现了铺装层开裂、脱粘、车辙、坑槽等病害,且正交异性钢桥面出现了包括纵肋-面板连接处疲劳开裂、纵肋-横隔板连接处疲劳开裂、横隔板弧形切口处疲劳开裂、纵肋拼接焊缝处疲劳开裂等病害.为避免这些病害情况的产生,采用了钢-超高韧性混凝土(STC)轻型组合桥面铺装型式.     

现浇STC铺装体系施工方案对悬索桥成桥状态影响研究

为解决钢桥面铺装层破损和桥面钢结构疲劳开裂两大病害难题,拟将超高韧性混凝土(STC)铺装体系运用于大跨度悬索桥。由于大跨度悬索桥桥面铺装面积大,施工时通常选择分块浇筑的方式,然而STC层自身刚度比沥青铺装大,分块现浇施工时,依次形成强度的各块STC将逐步提高桥面系刚度,与钢桥面形成组合结构协同受力,导致结构在STC浇筑、硬化过程中的受力状态不断发生变化,这种施工过程中的内力重分配,最终会影响设计成桥状态的实现。为了确定STC刚性铺装体系分块现浇施工方案对双跨连续悬索桥成桥状态的具体影响,以杭瑞高速公路上的岳阳洞庭湖大桥主桥为工程背景,利用Ansys软件对STC铺装体系现浇方案进行有限元模拟,基于计算结果比选最优施工方案。结果表明:不同的STC浇筑顺序、分块方式和配重方案对钢梁成桥线形有一定影响,对STC成桥内力影响较大。     

钢桥面系统各项参数敏感性分析

大跨径钢桥桥面系统一般由钢箱梁盖板、纵向加劲肋，横隔板以及沥青铺装层组成，在车辆荷载作用下，铺装层的受力状态相当复杂。作为沥青铺装层的支承体系，钢桥面板体系的结构特性与结构刚度是影响铺装层受力的主要因素，因此就可以通过改变桥各项参数来分析桥面系统刚度的改变对铺装层受力的影响程度。本文利用有限各分析方法，对影响桥面系刚度的各项参数进行分析，揭示了钢桥面沥青铺装层受力大小与桥面系统各项参数的内在联系。     

聚合物改性砼铺装体系对钢箱梁桥面板局部受力改善的试验研究

大跨径钢箱梁桥的桥面板局部受力复杂,易出现铺装层早期损坏和局部疲劳开裂等病害。文中以某单跨64m大跨径钢箱梁桥桥面铺装改造为例,通过加载试验,分别对聚合物改性砼铺装前后结构应变和面板变形进行测试,分析聚合物改性砼铺装体系对钢箱梁桥桥面板局部受力的改善效果。结果表明,采用聚合物改性砼铺装改造后钢箱梁桥的局部应力得到改善,应变和变形均减小。     

佛陈大桥正交异性钢桥面板疲劳问题分析与对策措施

结合佛陈大桥主桥大跨度钢箱连续梁设计情况,对正交异性钢桥面板疲劳问题进行分析,提出了优化结构设计及采用超高韧性混凝土桥面铺装来改善疲劳的对策措施,并以足尺试验验证改善效果。     

超重荷载钢桥铺装结构设计与桥梁加固方案研究

交通荷载对钢桥面铺装的使用寿命有很大影响,为设计出满足超重行车荷载使用要求的钢箱梁桥面铺装,运用有限元方法分析了3种备选铺装结构在超重荷载作用下的力学性能,并进一步研究为改善铺装受力状况而采取的桥梁加固措施,为桥梁结构与桥面铺装一体化设计做出了有益的尝试。根据研究结果,推荐钢桥面采用"7.5 cm三层环氧沥青混凝土"铺装结构,并对桥梁结构采用在腹板附近加焊纵向加劲肋的方式进行加固。研究表明,增加铺装厚度以及钢桥面板局部结构的优化,可以较为明显地改善铺装的受力状况,建议钢桥结构设计与桥面铺装设计应同步、协调进行。     

虎门二桥钢桥面铺装方案研究分析

针对虎门二桥钢桥面板结构、铺装温度环境、交通荷载特点、路线纵断面线形特点等因素的影响,进行了虎门二桥钢桥面铺装结构受力分析。采用有限元模拟,计算桥面铺装受力状态和影响规律,并把虎门二桥钢桥面铺装层与虎门大桥钢桥面铺装的力学响应进行对比分析。综合考虑各影响因素,虎门二桥钢桥面行车道铺装方案推荐采用环氧沥青混凝土,中央分隔带铺装方案推荐采用浇注式沥青混凝土。     

武汉军山长江大桥超高性能混凝土组合桥面改造技术及实施效果分析

针对武汉军山长江大桥桥面铺装层损坏和正交异性钢桥面板疲劳开裂的问题,珠京方向半幅桥面改造为钢-超高性能混凝土轻型组合桥面结构,厚55 mm的超高性能混凝土(UHPC)层采用短栓钉与钢桥面板连接,与上部SMA10沥青混凝土(厚30 mm)采用环氧树脂粘结材料连接。利用ANSYS软件建立局部梁段有限元模型,进行改造前、后的疲劳细节处应力幅对比分析,并基于健康监测系统以及钢箱梁局部应变监测系统,对组合桥面改造后效果进行实时监测。结果表明:UHPC层对面板与U肋连接细节应力影响极为明显,与柔性铺装相比,应力降幅最高为86.4%,可极大降低钢桥面板的开裂风险;桥面改造后,U肋底部、顶板底部、横隔板构造细节处的应力幅值、等效应力均明显降低,可显著提高钢桥面板的疲劳寿命。     

桥面铺装改造对正交异性钢桥面板受力性能的影响

为了验证桥面铺装改造对正交异性钢桥面板的加固效果,以某公路简支钢箱梁为背景进行研究。选取3跨箱梁,分别采用聚合物混凝土、夹心钢板系统和活性粉末混凝土3种桥面铺装方案对钢桥面板进行加固,并通过实桥试验测试改造前、后正交异性钢桥面板的应力及局部变形,验证加固效果。结果表明:原铺装与裸面板状态下钢桥面板的受力及变形规律基本一致,原铺装基本不参与正交异性钢桥面板共同受力;3种铺装改造后,钢桥面板应力及局部变形均有较大降低,但钢桥面板应力及变形的改善效果仍面临长期运营的检验。