GFRP—混凝土—钢组合梁桥的设计与应用

GFRP-混凝土-钢组合梁桥是一种新型桥梁结构,结构中的GFRP板可以有效减少混凝土碳化、钢筋锈蚀,并显著改善组合板的受力,从而提高桥面板的长期性能,并进一步提高组合梁桥的使用寿命。该文结合预应力GFRP-混凝土-钢组合连续梁桥的工程实践,介绍了GFRP-混凝土-钢组合梁桥的传力机理、GFRP板的截面设计、GFRP-混凝土界面处理、GFRP板对桥面板受力性能改善等内容。     

GFRP-混凝土组合桥面简支板试验研究

介绍一种新型GFRP-混凝土组合桥面板的设计思路、设计过程以及进行的单跨简支板的抗弯试验研究情况。首先以GFRP-混凝土组合单跨简支板为研究对象,通过抗弯试验得到了一系列荷载-跨中挠度、荷载-跨中混凝土应变、荷载-纤维应变关系曲线。其次通过两种材料界面的滑移以及相应的对比分析,研究了GFRP-混凝土组合桥面板在改变混凝土强度等级和混凝土板厚等参数情况下,试验构件的受力性能变化情况。试验研究表明:GFRP-混凝土组合桥面板在正常使用阶段,能够充分发挥两种材料各自的优势,组合效果良好;相对于传统的钢筋混凝土桥面板和全GFRP桥面板,GFRP-混凝土组合桥面板在承载力、刚度和延性方面,都表现出其优越和独特的受力特点。     

GFRP-混凝土组合桥面板的疲劳性能试验研究

为研究现浇GFRP-混凝土组合桥面板的疲劳力学性能,探究组合桥面板的工程适用性,利用疲劳机(型号JAW-500K)完成了一片现浇试件的210万次疲劳荷载试验研究。试件采用粘钢胶掺加砂石的方式处理GFRP和混凝土的界面连接问题,加载方式为组合简支板跨中两点对称单调加载(即四点弯曲试验)。试验测量了一定加载次数后试件的跨中挠度、端部滑移和跨中截面沿高度方向的应变等结果,观察记录了裂缝数量和其对应荷载,分析了试件的刚度、应变分布和界面相对滑移等。疲劳试验完成后对组合板进行静载破坏试验,进一步分析了组合板的剩余承载力和界面相对滑移等。研究表明,该组合桥面板疲劳加载过程中刚度缓慢降低至稳定状态,剩余承载力相较于静载试件仅稍有降低, I型粘钢胶和砂石作为界面材料基本可以保证混凝土和GFRP板的整体性,弯剪区表观裂缝数量少。该组合桥面板刚度变化稳定,剩余承载能力折损小,界面抗滑移效果显著,抗裂性好,是一种抗疲劳性能良好的组合板形式,可为同类桥梁设计提供参考。     

界面增强GFRP-砼组合板刚度分析与计算

提出了一种使用砂粒和两种环氧粘结剂处理玻璃纤维增强聚合物材料(GFRP)-砼组合板界面的方法,通过静力破坏试验研究了其受力状态,分析了砼强度和厚度对组合板截面抗弯刚度的影响,进而提出了GFRP-砼组合板抗弯刚度模型,并通过试验进行了验证。结果表明,经过含砂粘结法处理界面后,组合板砼与GFRP处于完全共同作用的状态,组合板的刚度得到明显提高;在静载作用下,GFRP-砼组合板的变形基本保持线弹性变化,达到极限承载力后发生脆性破坏;提高砼强度对组合板截面抗弯刚度的影响较小,增大砼厚度能增强组合板截面抗弯刚度。     

组合桥施工阶段的力学性能

钢－混凝土组合梁桥的受力性能受到混凝土桥面板时间效应的影响，该影响会改变此类结构的耐久性。目前，就组合桥中混凝土板横向开裂问题进行了详细的研究，有助于更好地理解混凝土板产生拉应力的原因。现场测试与实验室试验均可以从混凝土板浇注之时开始观测混凝土板的受力行为。其结果表明：混凝土水化作用以及浇注顺序对混凝土板中拉应力有很大的影响，这表明对大多数典型桥梁，混凝土板是在施工阶段达到最危险拉应力。对限制水化作用的方法进行试验，并将结果与数值模拟进行了比较，根据这些模拟建立了评估早期混凝土开裂模式的概率准则。     

钢-混凝土组合梁桥面结构施工阶段受力分析

为确保钢-混凝土组合梁的施工质量和施工安全,采用数值模拟方法对钢-混凝土组合梁桥面结构施工阶段的受力进行分析。结合某公路通道工程1号桥施工,对桥面板施工全程进行三维数值仿真分析,探讨实际桥梁在各加载阶段的钢梁和混凝土板受力情况,为今后钢-混凝土组合梁桥面结构的施工提供参考。     

GFRP—混凝土组合桥面板的试验研究及有限元分析

该文针对传统的钢筋混凝土桥面板在自然环境下内部钢筋锈蚀严重的情况,提出了一种新型的GFRP-混凝土组合桥面板,并进行了试验研究,将试验的实测结果与有限元计算值进行对比.结果显示:提高混凝土的强度等级比增大混凝土板厚能更加有效提高桥面板的极限承载力和增大构件的刚度.     

FRP管混凝土悬带拱桥试设计研究

FRP管轻质高强、耐久性好、易于维护,为了解FRP管应用于悬带拱桥体系时,桥梁的力学性能,以某大学中轴线景观人行桥——钢管混凝土悬带拱桥为背景,进行FRP管和混凝土的组合结构替代钢管混凝土结构的试设计研究。FRP种类较多,试设计时将拱肋调整为GFRP圆管混凝土,吊杆更换为GFRP变截面矩形方管,横梁更换为GFRP圆管混凝土,2条悬带增加为3条,悬带更换为可更换式的CFRP索。采用有限元软件建立试设计桥有限元模型,对试设计桥静力性能、弹性稳定性及自振频率进行验算,并比较不同阶段下FRP管混凝土悬带拱桥与钢管混凝土悬带拱桥静力性能。研究结果表明:FRP管混凝土悬带拱桥的静力性能和动力性能均可满足国内外现行的规范要求,FRP管混凝土悬带拱桥在施工阶段和正常使用阶段的内力均小于钢管混凝土悬带拱桥的内力。     

新型钢板组合梁桥施工全过程结构性能分析

新型钢板组合梁桥因为施工简便、受力明确并能充分利用钢和混凝土两种材料优势,在国外得到广泛应用,但在我国尚处于起步阶段。论文以一座在建钢板组合梁桥为工程背景,细致研究了该结构体系在考虑钢梁安装、桥面板吊装、湿接缝浇筑等全施工过程下,成桥状态以及运营状态下结构的受力行为与安全性能。研究表明,预制桥面板的钢板梁桥施工工序,钢梁的应力水平较低,但是桥面板的会出现较大拉应力;汽车荷载作用下钢梁应力和桥面板受力较为不利,桥面板会带裂缝工作,此外钢梁部分加劲板件和横隔梁存在优化前景,需要细致研究。研究成果可为新型钢板梁桥在我国的工程实践提供参考。     

桥面板徐变效应对组合箱梁桥剪力钉力学行为的影响

钢—混组合梁桥中桥面板通过剪力钉连接。以某三跨一联钢—混组合连续箱梁直桥为例,使用ANSYS建立全桥精细化实体模型,模拟桥梁的分阶段施工,对比了预制桥面板与现浇桥面板徐变效应下剪力钉内力,并分析了预制桥面板存放时间对其的影响及其在成桥10年间的时间历程。研究表明,桥面板采用现浇施工时,剪力钉横桥向徐变内力较采用预制桥面板时有不同程度的增大,在每跨支点区域增量可达其徐变内力值的25%～30%,而跨中区域增幅较小;桥面现浇对剪力钉顺桥向徐变内力有一定的“卸载”作用,全桥剪力钉顺桥向徐变内力均减小并且在两侧支点处减幅最大,可达25%,而跨中区域剪力钉减幅不明显。若采取预制桥面板,可通过延长预制混凝土板龄期来减小成桥阶段剪力钉的徐变内力,但这种方法对早期混凝土较为有效,经综合比较认为预制存放龄期为180 d较为合理。混凝土徐变速率在成桥初期较大,而后逐渐降低,成桥前2年桥面板徐变可完成80%～90%;作为累计内力的剪力钉徐变内力,在成桥前2年可达总徐变内力的90.2%,而后由于混凝土徐变速率缓慢,剪力钉内力变化不大。