钢-UHPC连续组合梁抗弯性能试验

为研究钢-超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）连续组合梁的抗弯承载能力,完成了2根大比例缩尺模型的静载试验,包括1根钢-UHPC连续组合梁和1根预应力钢-普通混凝土（Normal Strength Concrete,NC）连续组合梁,对其挠度、应力分布、裂缝发生发展模式及承载能力进行分析,并研究了钢-UHPC连续组合梁的弯矩重分布性能。同时,采用ABAQUS软件中的塑性损伤模型（CDP）进行数值模拟。结果表明：钢-UHPC连续组合梁UHPC板的名义开裂强度为普通组合梁预应力NC板的2.2倍,钢-UHPC连续组合梁的极限承载力约为普通组合梁的1.2倍;UHPC板开裂后裂缝密集、间距小,且以长度较小的微裂纹为主;UHPC板/NC板与钢梁均采用群钉连接,二者相对滑移较小,可有效形成整体共同工作;采用塑性理论计算钢-UHPC连续组合梁的抗弯承载能力,应考虑UHPC的抗拉强度,与现有组合结构规范公式相比,根据所提出方法计算得到的负弯矩区截面抗弯承载力与试验值吻合较好;考虑UHPC抗拉强度后,钢-UHPC连续组合梁负弯矩区塑性铰转动能力降低,弯矩调幅需求及有效弯矩重分布能力均明显下降。     

预应力连续箱梁桥开裂状态弯矩重分布试验研究

对连续梁的内力重分布的研究,可以帮助更好地分析连续梁的受力性能,而目前国内外对此主要是针对钢筋混凝土结构,对预应力结构尚少有研究。该试验以一个1:4的三跨预应力连续梁模型为基础,以弯矩调幅系数、边支座反力与中支座反力的比值(边/中)为基本参数,通过体外预应力加固前后的对比试验,对连续梁桥弯矩重分布规律进行了研究。试验结果表明:加固后结构的内力重分布较加固前稍大;加载至部分钢筋屈服时,加固前后各跨中最大弯矩调幅系数在-8.34%~-12.62%之间;两墩顶负弯矩区段的最大调幅系数在19.44%~29.59%之间,边/中由初始的32.1%降至28.38%~27.59%。     

碳氢火灾下钢-混组合梁破坏试验研究

为研究钢-混组合梁(钢结构桥梁)遭遇碳氢火灾时的耐火性能与抗火设计方法,设计制作了3榀大比例钢-混组合缩尺试验梁,包括简支体系箱形截面梁、连续体系箱形截面和双肋工字形钢截面梁。开展了碳氢火灾下(前期燃油急速升温和后期天然气维持高温)简支梁跨中受火和连续梁单跨局部受火试验,获悉了截面温度场、受火跨和非受火跨挠度变化路径、裂缝发展模式、钢板屈曲特征和破坏模式。分析得到了组合梁在碳氢火灾下的耐火极限,深入揭示了组合梁截面类型和结构体系对组合梁耐火性能的影响机理。试验结果表明:混凝土具有显著的热沉效应,火灾下钢梁的升温速率远快于混凝土板,停火后钢梁温度迅速降低而混凝土板温度持续升高,混凝土板上层的温度在停火48 min后仍然呈走高趋势;碳氢火灾下简支体系钢-混组合梁的挠度从初期就表现出快速增大的趋势,最终因挠度过大而失效;连续体系钢-混组合梁受火跨的挠度在初期增长较为缓慢,最终由于墩顶负弯矩区和跨中正弯矩区均出现塑性铰,梁转为机构体系,使得跨中挠度快速增大而破坏;连续体系钢-混组合梁非受火跨由于变形协调性先上拱,随后由于受火跨刚度衰退转向下挠;闭口截面箱梁仅外表面受火,其耐火性能显著优于双肋工字形钢截面梁,在相似荷载水平下其耐火极限分别为48 min和42 min;连续体系钢-混组合梁由于多余约束的存在,从受火开始就发生剧烈的内力重分布和变形协调,相较于简支梁,其耐火极限可提高100%;高温下连续体系钢-混组合梁出现的塑性铰与常温下的不同,是一种刚度逐渐降低的时变塑性铰。研究成果可为钢结构桥梁的耐火试验方法提供指导依据,也可为其抗火设计方法奠定理论基础。     

空心板铰缝协同工作性能影响因素分析

为了研究空心板铰缝协同工作性能,基于前期的铰缝耐久性试验及静载试验,运用因素分析法,提出了表征空心板铰缝协同工作性能的参数及其计算公式。结合常用的空心板铰缝形式,讨论了各因素对值变化的影响,分析了值对各因素的敏感性。结果表明:铰缝配筋率、铰缝形式、铰缝混凝土强度比以及铰缝材料劣化都会影响空心板铰缝的协同工作性能;深铰缝协同工作性能优于浅、中2种铰缝形式。     

装配式空心板钢横隔板抗弯数值模拟与破坏机理研究

针对公路空心板混凝土铰缝易损坏现象,提出了开孔钢板连接构造,在空心板间形成钢横隔板结构传递板间荷载。为了掌握新型空心板连接结构的抗弯受力性能,试设计新型空心板桥,在其跨中顺桥向选取单位长度形成横桥向的梁式结构,建立其纯弯加载的有限元模型。为验证开孔钢板在铰缝处弯曲性能模拟的正确性,另外建立了设置开孔钢板的组合梁负弯矩试验模型,利用已有试验结果验证开孔钢板在弯曲受力下数值模拟方法的正确性。研究结果表明,在装配式空心板钢横隔板连接构造受力性能数值模拟中,钢板与混凝土界面法线方向的接触模拟采用硬接触,贯穿钢筋与混凝土的接触关系采用嵌入的模拟方式可以得到较好的效果;空心板钢横隔板结构在荷载作用下的受力机理为:首先由铰缝接触面受力,当接触面达到承载力部分破坏后,由未破坏的铰缝接触面和开孔钢板与贯穿钢筋组成的榫结构受力,直至破坏。     

Experimental and Theoretical Study on Bearing Capacity of Cross-section of Hollow Slab with Tubular Cavities Considering Function of Tubes

为深入掌握内置GBF高强薄壁管的圆管式空心板结构性能,研究了这类结构中GBF高强薄壁管是否参与结构受力的问题.首先通过试验实测了圆管式空心板截面承载力,然后根据薄壁管的实际受力状况对截面承载力进行了较精确地理论分析,推导了考虑管参与受力的截面承载力计算公式.研究表明:在承载力极限状态下当混凝土受压区高度满足一定条件时,GBF高强薄壁管将参与结构受力从而一定程度上提高了结构的截面承载力;根据截面受力状况的不同,该类空心板截面承载力的准确计算需要分2种情形考虑;在设计中仅将CBF高强薄壁管视为成孔内模是不当的,应充分考虑其对结构极限承载力的影响.     

铰缝损伤对装配式空心板静动力特性的影响分析

装配式空心板在我国公路桥梁占有很大的比重,由于交替动力荷载、雨雪侵蚀等作用,装配式空心板铰缝出现不同程度的损伤,影响了桥梁上部结构的受力性能。为探究铰缝损伤对结构静动力特性的影响,采用Solid45实体单元建立装配式空心板精细化有限元模型,以刚度折减的方式模拟铰缝损伤,研究了空心板的横向分布和结构自振特性在铰缝的两种破坏形式和不同损伤程度下的差异,为荷载试验分析和铰缝损伤判断提供参考。     

装配式空心板铰缝界面抗剪性能试验与数值模拟

为了掌握空心板铰缝新旧混凝土界面抗剪性能,并为新旧混凝土界面抗剪数值模拟提供参考,提出了铰缝新旧混凝土界面黏结的数值模拟方法以及界面黏结参数的合理取值。首先,结合国内外新旧混凝土抗剪性能试验研究方法,根据空心板铰缝的结构与受力形式,选择推出试验对空心板铰缝新旧混凝土界面破坏机理与抗剪性能进行了研究,推出试验共3组试件,每组试件由左、中、右3块试件组成,按1∶2的比例进行缩尺设计。在总结新旧混凝土界面受力性能的数值模拟方法基础上,提出了数值模拟空心板铰缝推出试验所采用的单元、本构关系和结合面的黏结强度,并对黏结滑移刚度及最终滑移值与峰值应力对应的滑移值的比值进行了分析,最后用推出试验结果验证该数值模拟方法的正确性。研究表明,当铰缝推出试验达到极限强度时,试件将沿铰缝新旧混凝土界面发生脆性破坏,平均抗剪强度为1.1 MPa,以平均剪应力等于0.5 MPa为界限,平均剪应力-滑移曲线近似由直线的弹性阶段和曲线的弹塑性阶段组成;数值模拟过程中铰缝混凝土本构关系采用损伤塑性模型,钢筋本构关系采用理想弹塑性模型,新旧混凝土结合面采用面面接触技术模拟,其中黏结滑移刚度取5 MPa/mm,最终滑移值与峰值应力对应的滑移值之比为2,该方法可获得较好效果。     

连续钢箱梁抗火性能试验与演变机理

为研究火灾下具有板式橡胶支座支承条件的连续体系多室钢箱结构桥梁的高温响应,设计并制作了两榀两跨连续双室钢箱结构模型试验梁,对其开展了跨中区域与负弯矩区域的耐火试验。采用横向偏位加载实现弯扭耦合作用效应,制作了板式橡胶支座以研究火灾过程中支座性能的退化。通过试验获取了双室钢箱梁的截面温度分布特征、高温变形规律、钢梁屈曲模式以及裂缝开展过程,探析了火灾后钢材与橡胶支座的性能;然后建立了数值分析模型进行验证,结合模型计算剖析了其内力重分布规律与破坏过程,分析了负弯矩区功能失效路径,并开展了参数对比分析,揭示了连续钢箱梁抗火性能演变机理。研究结果表明：火灾下双室钢箱梁中腹板与边腹板的最大温差超过160℃,截面温度梯度分布受火灾强度的影响较大;单跨受火时受火跨持续下挠,而非受火跨先上拱后下挠,中支点受火时仅在末期出现位移激增,弯扭-高温耦合作用下双室钢箱梁出现随受火时间明显增长的横向扭转变形,破坏时截面两侧的挠度差值达到94 mm;连续钢箱梁在受火前期会发生剧烈的内力重分布,负弯矩区急剧扩大,中支座反力骤增至常温时的2倍以上;单跨受火时钢箱梁破坏状态表现出随着中支点附近的塑性扩展最终发展至受火跨...     

基于塑性铰线理论及强度折减法计算矩形钢筋混凝土板配筋率

为分析矩形钢筋混凝土板在均布荷载作用下的配筋需求,分别基于塑性铰线理论和强度折减法进行计算。在不同长宽比,以及固支边、简支边、自由边等类型的支撑条件下,分别计算得到塑性应变增量分布图,并抽象出相应的破坏形式。针对四周固支矩形钢筋混凝土板,根据其破坏形式,采取塑性铰线理论计算极限弯矩和配筋率。基于莫尔圆和应变协调原理,推导钢筋混凝土的等效抗剪强度、抗拉强度。根据抗剪极限平衡和抗拉极限平衡,采取强度折减法计算满足结构承载能力的配筋率。以江西省昌栗高速公路岩溶路基为计算实例,分别采取塑性铰线理论及强度折减法,计算设置钢筋混凝土板跨越溶洞所需的配筋率,并分析两种计算方法的差异。结果表明:方板和矩形板之间的塑性铰线存在明显差异;单向板的塑性铰线较之双向板更为狭长,受力方式更接近于梁;支撑条件对塑性铰线的影响较大,固支边、简支边、自由边的存在均会显著影响塑性铰线的形状;塑性铰线理论和强度折减法计算的配筋率均可表示为以荷载为自变量的线性函数,且使用强度折减法计算得到的配筋率略小于使用塑性铰线理论的计算结果;塑性应变增量分布图与塑性铰线假设、典型裂缝分布形式、变形曲线折点较为吻合,可以有效描述塑性铰线的形状。