钢-UHPC-NC组合梁负弯矩区受力性能试验研究

为解决钢-混组合梁负弯矩区混凝土面板的开裂问题,采用薄层超高性能混凝土(UHPC)替代部分普通混凝土(NC),制作钢-UHPC-NC组合梁,对组合梁负弯矩作用下的受力性能进行研究。设计制作了2根钢-UHPC-NC组合梁(21cm厚的C50混凝土+4cm厚的UHPC)和1根钢-NC组合梁试件(25cm厚的C50混凝土),通过负弯矩静力加载对组合梁的裂缝特征、开裂荷载、承载力等进行对比分析。结果表明:采用薄层UHPC替代部分组合梁负弯矩区混凝土翼缘的表层,与C50混凝土层相比,UHPC层裂缝分布呈现数量多、宽度小、长度短的特征;同等配筋率下刚度提升7%,对极限承载力影响不大;钢-UHPC-NC组合梁开裂荷载为1 400kN,远高于钢-NC组合梁300kN的开裂荷载。采用UHPC薄层可提高混凝土的开裂荷载,可有效解决组合梁负弯矩区混凝土面板的开裂问题。     

组合梁负弯矩区UHPC接缝抗弯性能试验

为提高钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性并简化现场施工工艺,提出新型钢-混组合梁桥负弯矩区超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）接缝方案。以湖南省某桥为工程背景,进行1∶2缩尺模型抗弯试验研究;编制截面弯矩-曲率关系MATLAB程序,并与实测值进行对比,验证该程序可用于计算UHPC覆盖下的普通混凝土（NC）中钢筋应力;对现有NC裂缝宽度规范公式进行修正,提出考虑UHPC约束作用的组合梁负弯矩区NC最大裂缝宽度的建议公式;讨论钢-混组合梁桥负弯矩区UHPC湿接缝合理的纵桥向长度,分析UHPC层厚度及层内配筋对抗裂性能的影响。研究结果表明：新型UHPC接缝方案的抗裂性能和抗弯承载能力均满足工程要求,且接缝节点强度高于非接缝区预制部分强度;负弯矩作用下,试件沿梁高的应变较好地满足平截面假定,钢梁与混凝土板及UHPC与NC间的层间滑移量均较小;UHPC裂缝呈现“多而细”的特征,而NC裂缝呈现“少而宽”的特征,预制部分混凝土顶面最先开裂,之后UHPC-NC交界面、UHPC顶面、UHPC覆盖下的NC侧面依次出现裂缝;对于负弯矩区采用UHPC接缝的中小跨径钢-混组合连续梁桥,UHPC层的纵桥向长度宜为20%标准跨径,UHPC层厚度可根据实际工程设计要求确定,增大桥面板内钢筋直径可以提高负弯矩区混凝土的抗裂性能。     

UHPC在连续组合梁负弯矩区的受力性能研究

通过对组合连续梁负弯矩区影响因素的建模分析,建议超高性能混凝土(UHPC)桥面板厚度与组合梁高度之比为1/5～1/9,组合梁高度与跨径的比值为1/18～1/22,钢梁与UHPC桥面板刚度之比为2～10;钢-UHPC组合连续结构梁高远低于钢-C50混凝土组合连续梁结构梁高,结构负弯矩区UHPC桥面板不开裂.     

钢-混组合梁桥面铺装UHPC施工要点研究

现有研究表明:UHPC可有效提升钢-混凝土组合梁负弯矩区桥面板抗拉能力,提高抗裂性能与刚度,但其工程应用研究较少,实践性成果不足.因此,以济阳路快速化改建工程项目为载体,将UHPC应用到钢-混凝土组合梁桥面板负弯矩区,归纳包括现场搅拌、浇筑和养护等环节在内的UHPC桥面铺装的施工技术要点,其应用效果良好,验证了相关理论研究成果的科学性与可靠性.     

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。     

钢-UHPC-NC组合梁结构设计与受力分析

为提高组合梁负弯矩区桥面板抗裂性能,提高结构耐久性,提出一种钢-UHPC-NC组合梁结构形式,即在传统钢混组合梁的基础上,负弯矩区域采用薄层超高性能混凝土(UHPC)替代部分普通混凝土(NC).以主跨80 m钢混组合梁桥为背景,介绍了钢-UHPC-NC组合梁的构造特征,并借助有限元软件对该桥梁进行结构计算,重点分析了钢...     

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...     

采用抗拔不抗剪连接件的钢-混组合连续梁桥设计分析

钢-混组合连续梁桥能够充分发挥钢材和混凝土两种材料的优点,在受力性能、综合造价、施工速度以及耐久性方面具有很多优势,在工程上应用越来越广泛。“抗拔不抗剪”技术通过释放连接件的抗剪作用,能够有效地解决钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土的开裂问题。本文通过Midas建模,研究分析了“抗拔不抗剪”连接件组合梁与普通剪力钉组合梁的受力区别,结果表明：抗拔不抗剪连接件对负弯矩区桥面板轴力、应力和裂缝宽度的“消峰”作用非常明显,但会导致组合梁挠度和钢梁应力有所增加,设计时应综合考虑其对结构受力的影响。     

不同翼板形式组合梁受弯性能试验研究

为研究不同翼板形式组合梁的受弯性能,完成了4根不同翼板形式钢一混凝土组合梁跨中两点对称加载试验,采用有限元方法对构件受力行为进行分析.研究结果表明:预制板组合粱和叠合板组合梁在正弯矩作用下受力性能基本一致,但在负弯矩作用下两者受力性能差异显著;预制板组合梁在混凝土翼板开裂之后,裂缝宽度不能得到有效抑制.截面刚度迅速下降,较早地进入承载能力极限状态.     

钢-混组合连续梁负弯矩区受力性能研究及实用新型装置

钢-混组合梁桥体系在市政桥梁工程中近年得到了广泛应用,尤其是钢-混组合连续梁桥。在正弯矩区混凝土桥面受压,钢梁受拉,能充分发挥材料的优势;但在负弯矩区,混凝土桥面受拉会引起裂缝问题。综合使用超高性能混凝土、预应力技术、调整桥面板施工顺序、有效运用支点顶升法,提出了一种新型装置来控制钢-混组合连续梁负弯矩区拉应力和裂纹。有限元结果表明本装置具有较好的效果。     

某正交异性板钢箱梁斜拉桥UHPC组合桥面改造方案研究

某跨江大桥为主跨460m的斜拉桥,运营多年后正交异性板钢箱梁出现大量裂纹,提出采用超高性能混凝土(UHPC)组合桥面(由配钢筋网的UHPC层与钢桥面板通过短栓钉组合而成)进行改造。为选择合适的改造方案,采用有限元法建立原钢箱梁和UHPC组合桥面钢箱梁(UHPC层厚4.5,5.5,6.0cm)模型,分析各疲劳细节应力及UHPC层应力;开展UHPC层配置钢板条的组合结构模型试验,验证其疲劳性能。结果表明:UHPC组合桥面降低了钢箱梁各疲劳细节最大应力幅,降幅为11%~88%,顶板疲劳细节处裂纹尖端最大应力幅降幅达92%;疲劳荷载作用下,UHPC层顶面应力较低,钢桥面板开裂后UHPC层底面应力较大;采用钢板条对5.5cm厚UHPC层的组合结构加强后,UHPC层名义开裂应力达43.2MPa,200万次疲劳寿命达22.1MPa,疲劳性能满足要求,选择该方案进行改造。     

超高性能混凝土在大跨度铁路桥梁钢桥面铺装中的应用

铁路桥钢桥面铺装主要作用是保护钢桥面免受道砟的磨损与雨水的侵蚀,为提高铁路钢桥面铺装的使用寿命,减少中期维修,对铁路钢桥面超高性能混凝土(UHPC)组合桥面铺装体系进行研究。以沪通长江大桥主航道桥为背景工程,制作带UHPC铺装层的正交异性钢桥面板单U肋梁模型进行抗水渗性能试验,并结合实桥进行UHPC组合桥面铺装体系设计和施工工艺研究。结果表明:UHPC组合桥面体系在无裂缝时抗渗性能满足使用要求,可有效保护钢板免受雨水侵蚀,带裂缝的组合桥面,运营过程中裂缝会逐渐闭合,阻止雨水进一步渗透,具有较强的抗渗能力储备;为避免新浇混凝土开裂,UHPC应严格按规范流程施工,施工温度宜选择15~25℃,浇筑后应及时覆膜保湿养护。     

UHPC在槽形钢-混凝土组合梁的应用与分析

以某大跨连续钢-混凝土组合梁为工程背景,对钢-UHPC组合梁和钢-C50混凝土组合梁进行整体和局部对比分析。结果表明,整体计算中,钢-UHPC组合梁的刚度略小于钢-C50混凝土组合梁,基本组合下钢-UHPC组合梁中钢梁应力比钢-C50混凝土组合梁下降约27%。局部有限元分析中,频遇组合下钢-C50混凝土组合梁的桥面板已开裂;钢-UHPC组合梁桥面板的最大拉应力作用范围比钢-C50混凝土组合梁小,仅出现在纵肋下缘,且最大拉应力小于UHPC材料的开裂应力。钢-UHPC组合梁可大幅降低结构自重,进一步减小钢梁截面,有望解决大跨度连续组合梁中桥面板开裂问题。     

预制UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪性能研究

相比现浇混凝土桥面板,全预制混凝土桥面板有诸多优势,能够提高桥梁工程质量、加快桥梁施工速度和降低成本。预制超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)梁和预制UHPC桥面板通过槽口连接形成组合梁是一种新的结构形式,这种槽口式连接的界面抗剪性能会影响全梁整体承载力。通过16个推出试件,研究不同界面抗剪钢筋配筋率、预制梁混凝土类型和预制桥面板混凝土类型、槽口填充混凝土类型对界面抗剪承载力的影响,在试验过程中观测裂缝的发展和破坏模式,记录竖向滑移、水平滑移和试件破坏模式、钢筋应变、极限荷载Vu和残余荷载Vr。试验结果表明:界面抗剪钢筋配筋率对Vu和Vr起主要作用,配筋率为3.7%的界面极限荷载分别是配筋率为2.8%和2.0%的1.06倍、1.20倍;不同的槽内填充混凝土和预制梁混凝土二者共同影响Vu和Vr;预制桥面板混凝土类型对抗剪性能影响不大;钢筋的销栓作用主要受到钢筋直径和混凝土强度等级的影响;通过与AASHTO LRFD 2015和ACI 318规范对比发现,2个规范对UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪承载力估计保守;提出的预制UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪计算公式计算值与试验值吻合较好。     

钢-STC轻型组合桥面螺栓连接接头区域设计（双语出版）

为解决正交异性钢桥面板疲劳开裂和铺装层易损的难题，提出钢-STC轻型组合桥面结构方案。此结构方案应用于含有钢箱梁栓接的旧桥桥面维修时，螺栓连接区域由于存在拼接钢板，导致局部接头区域STC层厚度骤减，刚度下降，受力变形趋于不利，易出现早期开裂现象，需进行局部优化设计。针对这一问题，就接头区域局部提出2项强化构造措施（①局部加密剪力钉、②部分纵向钢筋与拼接钢板局部焊接），并进行足尺条带模型试验。以礐石大桥螺栓连接区域为例，对拟同时采取上述2项措施的情况进行验算。研究结果表明：2项措施均在不同程度上阻滞了STC层顶面接头区域内微裂纹宽度的发展，延缓了开裂，尤其当采取第2项措施或同时采取2项措施时，STC层顶面接头区域晚于一般区域开裂，即接头区域不再是设计计算中需要控制的不利区域；STC层顶面可能出现的最大拉应力为11.5 MPa，小于试验开裂荷载对应的名义开裂应力17.7 MPa，满足设计要求，即钢-STC轻型组合桥面结构方案应用于礐石大桥桥面维修可行。     

新型UHPC箱梁桥面体系横向受力性能

为研究新型UHPC连续箱梁桥面体系的受力特性,以广东清新大桥石角侧跨堤引桥为工程背景进行试设计,建立空间有限元模型进行桥面体系静力计算,以此为基础开展了1∶2缩尺模型试验和非线性有限元模拟,并对影响开裂应力的主要因素进行了参数分析。研究结果表明:UHPC箱梁试设计方案整体计算满足要求,正常使用极限状态桥面体系计算时,纵向未出现拉应力,横隔板上弦板底面最大横向拉应力为11.3 MPa。缩尺模型试验结果表明,桥面体系中横隔板上弦板下缘名义开裂应力为15.4 MPa,极限状态名义应力为68.2 MPa。开裂应力和承载能力均满足工程要求。横向受力抗裂性能参数分析表明,采用法国UHPC结构规范计算名义开裂应力是可行的,增大配筋率整体上可以提高上弦板下缘开裂应力,在实桥中,上弦板下缘钢筋直径建议取值■12～■40。增加上弦板高度可以提高抗裂安全性,当试验模型上弦板高度从24 cm增加到36 cm时,抗裂安全系数从1.24增加到1.52。     

全预制轻型预应力UHPC薄壁盖梁抗剪性能试验

为解决桥梁装配式施工中传统混凝土盖梁自重过大、整体吊装困难的难题，提出全预制轻型部分预应力超高性能混凝土（Ultra-high-performance Concrete，UHPC）薄壁盖梁的设计方案。为研究UHPC薄壁盖梁的斜截面抗裂性能及抗剪承载力，完成1根相似比1：2的大比例UHPC薄壁盖梁共2次模型试验，获得模型从加载到破坏全过程的开裂和破坏荷载、裂缝和变形分布规律等关键试验结果；分析梁体应变、预应力、裂缝的分布规律，考虑UHPC的应变硬化特征，基于材料力学公式提出斜截面开裂剪力的理论计算方法，考虑UHPC结构裂缝分布和结构形状系数等，提出斜裂缝宽度的计算公式。按照不同规范对UHPC盖梁抗剪承载力进行计算对比，以法国UHPC规范为基础，对比分析UHPC基体、箍筋、钢纤维及纵筋销栓作用对结构抗剪承载能力的影响程度。研究结果表明：计算结果与模型的开裂剪力以及裂缝宽度吻合良好；各国规范均低估了UHPC结构的抗剪承载能力；提出的UHPC盖梁具有自重轻、施工快捷等特点，充分利用了UHPC的超高抗拉性能和应变硬化特征，具有优异的斜截面抗裂性能以及抗剪性能；建议取消弯起钢筋、适当增加预应力筋，浇筑UHPC时应增设抗浮措施等。研究成果可为UHPC盖梁的应用提供参考。     

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。