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。     

UHPC模壳-RC叠合盖梁受力性能试验

由于整体预制RC盖梁对起重和运输设备要求高,而分段预制盖梁的拼接缝容易发生渗水且在节段分界面上纵筋不能连续传力,因此提出一种在UHPC模壳内部现浇混凝土的半预制叠合盖梁。开展带剪力键和不带剪力键的2个UHPC模壳-RC叠合盖梁和1个现浇RC盖梁对比试件的静力试验,并通过有限元模型分析了结合面黏结程度对叠合盖梁受力性能和破坏模式的影响规律。研究结果表明：UHPC模壳-RC叠合盖梁的破坏模式与现浇RC盖梁一致,均为剪压破坏;不带剪力键的叠合盖梁开裂荷载和极限承载力分别比现浇RC盖梁提高了42.1%和13.8%,同时可以有效降低裂缝宽度的扩展,但叠合盖梁存在界面脱开,核心混凝土拱起和UHPC模壳竖向开裂等现象;剪力键可以增大交界面黏结程度,有效减小最大裂缝宽度和交界面裂缝宽度的扩展速度,其交界面开裂荷载和极限承载力比不带剪力键的叠合盖梁提高50.0%和12.1%;理想界面黏结状态下,UHPC模壳可以达到极限压应变,材料性能得到充分发挥,说明UHPC模壳可以完全参与整体受力,但极限承载力仅比带剪力键叠合盖梁提高8.8%。以上结果说明,带剪力键的UHPC模壳-RC叠合盖梁具有良好的截面黏结强度和整体受力性能,可以推荐实际工程使用。     

基于UHPC预制π梁的UHPC-RC组合梁设计方案及工程应用

从城市跨河中小桥上部结构设计、施工需求出发,结合超高性能混凝土(UHPC)的材料特点,比选了适宜中小跨径UHPC预制梁的截面形式,提出了基于UHPC预制π梁与现浇钢筋混凝土桥面板(RC桥面板)的UHPC-RC组合梁结构形式。并以上海嘉闵高架袁家河地面桥(桥宽17.75 m,跨径22 m)为工程背景,开展了UHPC-RC组合梁的上部结构方案设计、预制梁力学性能试验、工程应用及实桥荷载试验。试验结果及工程实践表明,该结构形式具有优良的结构力学性能的同时,兼具构件轻巧(UHPC预制π梁吊装重量仅为同桥面面积空心板梁重量的60%)、运输吊装简单、施工快速便捷、经济性相对较好等优点,适应目前城市桥梁建设的发展方向和趋势,具有广阔的应用前景。     

全体外预应力节段梁桥使用性能足尺模型试验

芜湖长江公路二桥引桥首次采用全体外预应力节段预制拼装连续梁桥,为明确结构使用阶段受力性能,进行足尺模型试验研究。试验以"1跨+1/3跨"结构作为足尺模型试验梁,对跨中最大正弯矩、支点最大负弯矩及支点最大扭矩工况下主梁变形、关键截面应力及转向块等构件的受力状态进行分析。结果表明:在使用阶段跨中最大正弯矩、支点最大负弯矩及最大扭转状态下,试验梁各测试断面均未发生开裂,具有良好的抗裂性;结构的应力及变形响应与理论计算值较吻合,处于弹性工作状态且受力状态良好;墩顶横梁及转向块结构使用阶段工作性能良好。     

大纵肋正交异性钢-免蒸养UHPC组合桥面板力学性能研究

为明确大纵肋正交异性钢-免蒸养UHPC组合桥面板的力学性能，进行免蒸养UHPC材料力学性能试验、构件静力模型试验与疲劳模型试验，分析其材料基本力学性能、剪力钉抗剪性能、组合桥面板抗弯性能及疲劳性能。结果表明：免蒸养UHPC材料的弹性模量略高于高温蒸养UHPC材料，其他力学性能指标相较于高温蒸养UHPC材料均有不同程度的降低；免蒸养UHPC中剪力钉的破坏模式表现为剪力钉根部剪断并伴有焊环局部UHPC压溃，组合桥面板名义开裂应力为13.7 MPa,满足结构抗裂性要求；组合桥面板的疲劳破坏模式表现为UHPC结构层开裂，继而纵肋与横隔板连接焊缝焊趾处疲劳开裂，组合桥面板的疲劳寿命最终由焊接细节的疲劳强度所控制；纵肋与横隔板连接焊缝的等效疲劳强度为157 MPa,满足现行规范要求。     

UHPC构件受拉性能的细观力学解析方法

超高性能混凝土（Ultra-high-performance Concrete,UHPC）的受拉性能直接影响结构的抗裂性和耐久性,是结构设计中重要的力学指标之一。为研究UHPC构件在弯拉荷载作用下产生宏观裂缝前的受拉力学特性,以钢纤维与水泥基的协作受力特性为切入点,考虑钢纤维分布方向的随机性服从正态分布,建立了钢纤维受拉作用下的细观力学模型。该模型将钢纤维力作为由水泥基加载的被动力进行分析,在充分考虑水泥基材料特点的基础上,发展了UHPC构件受拉作用下宏观裂缝出现前弹性和拔出2个阶段的力学行为预测模型;开展了UHPC试件的纯弯曲试验,标定了材料受弯全过程中的关键力学指标,重点关注理论预测的弹性和拔出2个阶段的力学行为,并与预测模型计算结果进行对比;采用文献中钢纤维增强混凝土的试验结果进一步印证细观力学模型的适用性。理论分析及试验结果表明：建立的细观力学模型可准确描述出现宏观裂缝前受拉UHPC构件内部钢纤维的抗拉力学行为;预测模型计算的理论值与UHPC构件受拉作用下弹性和拔出2个阶段的力学指标试验结果吻合良好;常规钢纤维掺量的UHPC受拉性能由其内部钢纤维主导,理论计算时忽略受拉状态下水泥基对UHPC轴力的贡献不仅可以简化计算,而且可将其视为工程应用时的安全储备;建议的双折线拉伸本构中弹性与拔出2个阶段的极限应变分别为180×10^-6,1 042×10^-6。     

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...     

半圆形套箍盖梁施工平台的设计与计算

为了分析桥墩半圆形套箍盖梁施工平台结构的受力特性,采用SAP2000有限元软件分析了具有五榀支架的半圆形套箍盖梁施工平台结构的节点最大位移、结构最大应力、结构稳定性、最大扭转角、支点销棒及半圆形套箍的受力特点,得出具有五榀支架的半圆形套箍支架结构的变形、强度、刚度及稳定性都在允许范围内。     

钢筋超高性能混凝土梁受弯试验和有限元分析研究

该文以钢纤维体积掺量、配筋率为基本参数,进行了12根钢筋超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)试验梁和2根普通钢筋混凝土(RC)试验梁的受弯性能试验研究。试验结果表明:UHPC试验梁的开裂、屈服和破坏荷载以及结构刚度均比RC试验梁大,UHPC试验梁的屈服和破坏荷载、延性和抗裂性均随着钢纤维掺量和配筋率的增加而提高。有限元模型参数分析结果表明:配筋率对UHPC试验梁屈服荷载与破坏荷载影响较大,而钢纤维掺量对开裂荷载影响较大;钢筋屈服强度可有效提高UHPC试验梁的延性;UHPC受拉强度的增加对开裂荷载的提高比屈服荷载和破坏荷载明显。最后,提出正截面抗弯开裂弯矩与极限承载力的计算公式,为UHPC桥梁设计规范的制定提供参考。     

基于有限元软件的盖梁钢抱箍支架结构施工计算分析

以某大型钢筋混凝土结构桥梁工程为基础,借助有限元软件模拟分析了钢抱箍法施工的安全性。计算分析中使用有限元软件Midas分析了抱箍法施工过程中各主要构件受力与变形,验证了钢抱箍法在大型桥梁盖梁施工中的安全性。     

双柱花瓶墩预应力盖梁计算分析

为尽可能减少对桥梁下部道路通行的影响和满足城市景观的需求,双柱花瓶墩预应力盖梁常作为城市高架桥的优选方案。传统的杆系结构受力分析无法准确模拟墩顶处预应力盖梁的受力特征,以某城市高架桥项目为依托,采用通用有限元软件针对墩柱及盖梁进行实体单元建模,应力和抗裂性等指标的验算结果均验证了设计方案的合理可靠。     

纵向横系梁对双薄壁高低墩连续刚构桥抗震性能影响分析

为研究纵向横系梁对双薄壁高低墩连续刚构桥抗震性能的影响,以跨径组合为58m+100m+58m的贵州省坞家塆大桥为工程背景,采用有限元软件Midas Civil建立全桥三维模型,通过时程分析法对不同横系梁设置数目、设置位置及不同刚度条件下,桥梁关键截面的地震响应进行分析。分析结果表明,纵向横系梁对结构纵向、竖向振动影响较大,横向振动无影响;随着横系梁设置数目增加,受力较大的薄壁墩弯矩显著减小,结构内力分配趋于合理,三道横系梁设置较优;低墩与高墩高度比值为0.75时,三道横系梁(上、中、下)的最优组合为0.3 H/0.5 H/0.7 H(H为桥墩高度);当纵向横系梁与单肢薄壁墩刚度比在0.9~1.6时,桥墩结构受力是较为合理的。地震荷载下,纵向横系梁可作为耗能构件,保护主要桥墩结构,提高桥梁整体抗震性能。     

顺置式吊杆锚固区受力特性与极限承载力研究

为掌握顺桥向设置的吊杆锚固区在吊杆力作用下的受力特性和极限承载力,以某在建斜拉-自锚式悬索组合体系桥为依托工程,利用ANSYS软件建立壳单元空间有限元模型,对锚固区在最不利荷载作用下的受力性能进行研究;并分别采用线弹性及非线性分析方法对吊杆锚固区极限承载力进行分析,讨论构件的受力情况。结果表明:在最不利荷载作用下,钢锚箱及钢锚梁应力较横隔板应力小;除钢锚梁与横隔板焊接处应力集中现象显著外,各构件应力分布较均匀;各构件顺桥向变形较大。不同极限承载力分析方法表明,此类结构采用壳单元建模进行极限承载力分析时应仅考虑材料非线性。建议在此类结构设计时,对于横隔板刚度不足问题应给予足够重视。     

UHPC在隧道衬砌裂损整治中应用的可行性及性能要求研究

为解决隧道二次衬砌裂损整治中面临的净空限制等问题，提出采用超高性能混凝土（UHPC）代替普通混凝土作为衬砌补强材料，并对其可行性及材料力学性能要求进行系统研究。基于异性材料叠合梁理论对裂损衬砌和加固层的共同受力机制进行研究，得到加固材料的力学性能与结构受力特征之间的关系，从而得到加固工程对加固层厚度及UHPC力学性能要求； 在此基础上，提出一种实体单元应力和内力换算的计算方法，并通过有限差分法数值模拟，对衬砌与加固材料之间结合面的受力特征进行分析，从而得到加固工程对UHPC和普通混凝土之间黏结强度的要求。研究结果表明： 对于承载力损失不超过40%的衬砌，可采用UHPC进行加固； 对于承载力损失不超过15%的衬砌，UHPC的使用可将加固层的厚度减小到10 cm左右。     

援马尔代夫中马友谊大桥主桥主梁方案比选

中马友谊大桥主桥为V形支腿六跨连续刚构桥,跨径布置为(100+2×180+140+100+60)m。根据桥址处实际工程条件,提出3种主梁方案:混凝土V构+叠合梁(耐候钢)方案、混凝土梁方案、混凝土梁+叠合梁(UHPC桥面板)方案,从结构受力、耐久性、施工难度和工期、经济性对3种方案进行对比分析。结果表明:混凝土梁+叠合梁(UHPC桥面板)主梁方案能有效减轻主梁自重、减小收缩徐变的不利效应、降低对基础受力的影响;结构耐久性较好、维护保养工作量小;施工工法灵活、工期有保障;经济性具有明显优势。因此,中马友谊大桥主桥最终选取混凝土梁+叠合梁(UHPC桥面板)方案作为主梁实施方案。     

预应力超高性能混凝土梁的受弯性能研究

对超高性能混凝土(UHPC)的单轴受压应力一应变全曲线和UHPC梁的受弯性能进行了试验研究以及理论分析.研究结果表明:UHPC具有良好的受压变形性能,就试验中使用的UHPC而言,其峰值点应变可达3 500×10-6,极限应变可达4 500×10-6;UHPC梁具有良好的延性和极限变形能力,其极限变形可达到梁跨径的1/42～1/34;用提出的计算方法得到的预应力UHPC梁的破坏模式、开裂弯矩、极限弯矩以及钢绞线极限应力与试验结果吻合较好,说明这种计算方法具有较高的精度.     

U形UHPC永久模板RC无腹筋组合梁抗剪性能试验

为了研究UHPC永久模板RC无腹筋组合梁的抗剪性能,以UHPC永久模板的厚度和界面条件为试验参数,分别开展了UHPC材料力学性能与UHPC永久模板RC无腹筋组合梁四点加载试验。由于组合梁的抗剪性能与UHPC的基本力学性能密切相关,因此首先对UHPC的抗拉与抗压性能进行了试验研究。UHPC的力学性能试验结果表明,UHPC在单轴单调荷载作用下具有一定程度的应变硬化特征,其拉伸极限强度为4.87 MPa,极限拉应变为0.6%。在材料试验结果的基础上,通过考虑UHPC永久模板厚度与界面方式这2种试验参数,分别设计了1根RC参照梁,1根UHPC参照梁,以及2种UHPC/RC界面类型（光滑与均布剪力键）、3种永久模板厚度（15,20,25 mm）、共计6根U形UHPC永久模板RC无腹筋组合梁。在对这8根梁分别进行四点加载破坏试验的基础上,分析了UHPC永久模板不同厚度与界面类型对组合梁抗剪承载力的影响。结果表明：组合梁的抗剪承载力及其变形能力较相同尺寸及配筋的RC无腹筋梁至少提高了103.7%和117.7%;且无论何种界面类型下,抗剪承载力随着UHPC永久模板厚度的增加而增加;界面为均布剪力键的UHPC永久模板较光滑界面能提供更高的抗剪承载力与变形能力。最终,基于修正桁架模型理论,分析了UHPC永久模板与RC无腹筋梁的抗剪承载力及其抗剪构成,提出了UHPC永久模板RC无腹筋组合梁的抗剪承载力计算公式,且公式计算值与试验值吻合较好。     

桥梁实体式盖梁支架设计与验算

结合某高速公路高架桥,针对实体墩身结构桥梁的特点,介绍了实体盖梁支架的结构设计,并对其主要构件的受力进行了计算。     

城市高架桥宽幅预应力盖梁优化设计分析

以城市小箱梁高架桥的宽幅预应力盖梁为对象,对三种不同类型的桥墩盖梁进行设计分析,提出多个优化改进措施,并建立对应的有限元模型,对宽幅预应力盖梁的结构构造、预应力配束、墩梁约束、梁片架设、施工阶段划分等方面进行模拟和调整,计算和分析梁片架设过程及运营期盖梁的受力性能。结果表明,墩顶处盖梁受力复杂,计算应准确模拟梁片架设过程,合理设定钢束的张拉顺序和批次,确保施工阶段和使用阶段的结构安全。     

UHPC铰拼空心板梁桥温度效应监测研究

美国俄亥俄州索拉斯路桥为一座长19m、宽8.5m的简支梁桥,主梁由7片预制预应力混凝土空心板梁铰拼而成,铰缝内填充超高性能混凝土(UHPC)并设置横向钢筋传力杆。为了解温度对该桥的影响,监测夏季温度最高和冬季温度最低时段各构件的应变、温度、位移变化,并与卡车静载试验结果进行对比。结果表明:监测期内,空心板梁、UHPC剪力键和梁中传力杆的应变均与温度呈反向变化;空心板梁挠度、纵向位移和铰缝位移变化均较小;温度荷载对构件横向受力性能影响大于卡车静载;在温度荷载或卡车静载作用下,结构均未出现裂缝,各构件的抗拉强度、界面粘结强度均小于容许值,结构安全;建议在温度较低时进行UHPC施工,确保结构受力更安全。