预制桥面板UHPC-U形钢筋湿接缝受力性能试验研究

针对目前装配式组合梁桥预制桥面板湿接缝宽度大、现浇量大的劣势,提出宽度较小的UHPC-U形钢筋接缝。为检验该接缝的力学性能,设计制作3个桥面板试件(JF-1,混凝土整板试件;JF-2,30cm宽UHPC-U形钢筋接缝试件;JF-3,60cm宽普通混凝土-U形钢筋接缝试件)进行静力弯曲试验,对比其极限承载力、抗裂性能及抗弯刚度。结果表明:3个试件的抗弯承载力相近,破坏形态均为剪跨区的弯剪破坏,湿接缝不会削弱桥面板的抗弯承载力;UHPC能显著提高湿接缝的抗裂性能;各试件的荷载～位移曲线基本相同,抗弯刚度基本一致,接缝对试件的抗弯刚度影响较小;试件JF-2、JF-3具有同等的抗弯强度及刚度,可以将UHPC作为湿接缝浇筑材料来减小接缝宽度。     

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。     

预制桥面板大头钢筋湿接缝受力性能的试验研究

针对钢—混组合梁桥预制桥面板纵向湿接缝的受力特点，提出采用大头钢筋搭接的湿接缝构造，进一步采用模型试验方法研究了大头钢筋搭接湿接缝与直线钢筋焊接/搭接湿接缝的弯剪复合受力性能，获得了试件的裂缝分布、破坏模式、开裂荷载、极限承载力等。研究结果表明，大头钢筋搭接试件的变形特征与直线钢筋焊接试件类似，开裂荷载及开裂荷载对应的竖向挠度接近直线钢筋焊接试件，大头钢筋搭接试件的极限承载力较直线钢筋焊接试件提高7.6%;大头钢筋湿接缝的受力机理可以用拉压杆模型进行解释，试件破坏时作为拉杆的大头钢筋并未屈服，而作为压杆的混凝土已经被压溃。在实际工程中使用强度较高且与预制板界面粘结性能较好的超高性能混凝土或高延性水泥基复合材料浇筑湿接缝，能够更好地发挥大头钢筋的抗拉强度，提高湿接缝的强度与延性。大头钢筋端部的锚固构造提高了纵筋的抗拔能力，使得大头钢筋搭接具备了类似钢筋焊接的性能。钢筋搭接还能大幅提高施工速度，节约建设成本。     

用于组合梁桥面板湿接缝的弧形钢筋连接构造

针对组合梁桥中预制桥面板在湿接缝处的受力特点和现有接缝处钢筋的连接形式,提出了一种构造简单、施工方便的新型的弧形钢筋连接构造。为了检验这种连接构造的力学性能,对其进行足尺模型的轴心受拉试验,并与现有的直钢筋连接方式和U形钢筋连接方式的力学性能进行试验对比,分析了3种湿接缝的开裂荷载、极限荷载、裂缝分布等。试验结果表明:弧形钢筋连接方式与直钢筋连接方式以及U形钢筋连接方式的湿接缝破坏形式相同,均是首先在干湿混凝土交界面上出现裂缝,3种钢筋连接方式的湿接缝对应的开裂荷载基本相同;随着荷载增加旧裂缝宽度增加、新裂缝相继出现,最后达到受拉极限状态时3种钢筋连接方式的湿接缝都是干湿混凝土交界面附近的钢筋达到屈服,此时接缝中部钢筋的应变为交界面处钢筋应变的1/2,且弧形钢筋连接方式湿接缝的抗拉极限承载力比其他2种略高;理论上在湿接缝区域中弧形钢筋连接方式的湿接缝其钢筋在厚度方向分布更加均匀,能在一定程度上提高承载力,通过试验也证实了在控制混凝土裂缝宽度和试件的承载力方面弧形钢筋连接方式的湿接缝比其他2种连接方式略优,因此弧形筋连接方式运用于实际工程中是可行和可靠的。     

栓钉在混凝土受拉状态中的抗剪试验研究

研究连续组合梁负弯矩区栓钉连接件的抗剪承载力，对处于拉区混凝土中的栓钉连接件，进行9个试件的正交拉剪试验，考虑栓钉直径、混凝土强度及钢纤维配置3个因素。试验数据的极差和方差分析表明，只有栓钉直径是其抗剪承载力的高度显著影响因素，混凝土强度及在混凝土中配置钢纤维对栓钉抗剪承载力的影响均可忽略。对于剪力连接度小于1，混凝土中纵向受拉钢筋应力低于屈服点的，隋况，混凝土受拉与受压状态下的栓钉承载力没有明显差别。拉区混凝土裂缝首先在栓钉位置开展，在保持剪力连接度不变的条件下，采用小直径栓钉密集布置方案，有利于限制拉区混凝土最大裂缝宽度.     

钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区抗弯性能试验

为研究钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区抗弯性能,考虑华夫板板肋高度比、纵筋配筋率以及采用抗拔不抗剪栓钉连接件对钢-UHPC华夫板组合梁的破坏模式、裂缝发展规律及承载能力的影响,采用跨中单点加载方式完成了4根钢-UHPC华夫板组合梁试件在负弯矩作用下的静力加载试验。基于简化塑性理论,并考虑将UHPC受拉区的拉应力分布等效为均匀应力分布,提出了负弯矩区钢-UHPC华夫板组合梁的极限抗弯承载力计算方法。研究结果表明：负弯矩作用下,4根钢-UHPC华夫板组合梁试件的破坏形态均为典型的弯曲破坏;极限状态下,华夫板内纵向受拉钢筋屈服,钢梁上翼缘受拉屈服,钢梁下翼缘受压发生局部屈曲,华夫板跨中主裂缝贯通,其余裂缝呈现密集分布且纤细的特点。保证华夫板总高度90 mm不变,板肋高度比由1∶1减小为1∶2会加剧华夫板的裂缝开展,使试件的开裂荷载和初始刚度略有降低,但承载能力基本不变。华夫板配筋率增大1.05%,试件的承载力与刚度分别提高18.4%与7.7%,并且有助于约束华夫板的裂缝宽度。采用抗拔不抗剪栓钉连接件可在一定程度上抑制试件在正常使用阶段时的裂缝开展,但会导致试件承载力、刚度和延性下降,下降幅度分别为6.9%、9.6%和19.7%。根据所提出的钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区极限抗弯承载力的理论计算公式所得的计算值略低于试验值,且相对误差在10%以内。     

斜拉桥钢-UHPC组合桥面分次浇筑接缝抗裂性能

因较好解决了钢桥面疲劳开裂和沥青铺装层易破损问题，钢-UHPC (Ultra-high Performance Concrete,超高性能混凝土)轻型组合桥面在新建斜拉桥中逐步推广；然而，宽幅钢-UHPC轻型组合桥面不可避免地涉及分次浇筑，接缝处钢纤维拉接作用失效，导致接缝抗裂强度显著下降。为了有效降低分次浇筑接缝处UHPC桥面与铺装层的病害风险，开展了多型UHPC接缝的抗裂性能试验与对比分析。采用多尺度有限元仿真分析斜拉桥的全过程受力状态，计算识别出宽幅钢-UHPC桥面在施工和运营阶段的高拉应力区域，据此制定了斜拉桥UHPC分次浇筑接缝的设置原则。设计了五型UHPC分次浇筑接缝供工程比选，包括加粗钢筋接缝、斜向接缝、锯齿接缝、矩形接缝和异形钢板接缝；含对照组，共制作了7组UHPC接缝试件开展直拉试验，根据测试得到的最大裂缝宽度-应力曲线进行了UHPC分次浇筑接缝的抗裂性能对比分析。分析表明：斜拉桥施工阶段的UHPC层高开裂风险区明显不同于运营阶段，施工体系转换将使得最大拉应力峰值达7.543 MPa,超过了传统凿毛接缝的初裂名义应力。试验表明：与整体浇筑试件相比，传统凿毛接缝抗裂性能...     

钢筋环形连接混凝土裂缝模型分析

桥面板横向连接湿接缝最小宽度受钢筋连接方式制约,常规的数值模拟方法无法对钢筋环形搭接进行分析,限制了小宽度湿接缝的应用。通过混凝土裂缝有限元模型,分析了钢筋不同的连接方式;通过对比计算结果,验证了在桥面板湿接缝中可采用钢筋环形搭接。     

斜拉桥拉压弹性支座研发及应用

针对大跨度钢混组合斜拉桥中辅助墩处主梁负弯矩区桥面板易受拉开裂问题，研发了一种拉压弹性支座，采用竖向弹性支撑体系改善主梁负弯矩区受力状况。介绍了拉压弹性支座结构形式、功能原理及恢复力模型，并通过拟静力试验验证了支座竖向压缩性能、拉伸性能及水平滞回性能。最后，结合一实际工程案例，分析了拉压弹性支座竖向刚度对辅助墩处主梁负弯矩区弯矩响应的影响规律。结果表明，采用合适刚度的弹性支撑体系可以有效改善主梁负弯矩区受力状况。     

异形剪力键桥面板湿接缝抗剪承载力试验研究

为抑制钢-混组合梁桥桥面板湿接缝处混凝土开裂,提高该处极限抗剪承载力,提出一种设置于桥面板接缝处呈方台形凸起的异形剪力键。采用加载试验对带异形剪力键桥面板湿接缝试件的力学性能进行研究,并与传统桥面板湿接缝试件的试验结果进行对比。结果表明:相比传统桥面板湿接缝试件,带异形剪力键桥面板湿接缝试件的混凝土材料性能发挥更充分;异形剪力键可以有效提高桥面板湿接缝的抗剪强度,桥面板湿接缝的极限抗剪承载力提高了137%;加载过程中试件湿接缝荷载～位移曲线、混凝土荷载～剪应变曲线以及钢筋荷载～应变曲线均反映出带异形剪力键的桥面板试件力学性能更优。     

预制小箱梁纵向U筋交错搭接接缝静载试验

预制小箱梁因其结构可靠和施工方便得到了广泛应用。传统的小箱梁纵向接缝工艺采用环形套箍将相邻桥面板翼缘内预留的外伸U筋焊接起来,这种焊接工艺使得湿接缝能很好地传递弯矩和剪力。但这种工艺对梁体的定位精度要求高,现场焊接工作量大,且存在潜在的钢筋疲劳问题,不利于桥梁快速施工。为加速桥梁施工,针对预制小箱梁的纵向湿接缝,提出采用U筋交错搭接方式来改善传统的环形套箍焊接连接。通过制作24个足尺试验模型进行静载试验,分析各试件的破坏形态、抗弯能力和开裂性能,研究U筋交错搭接接缝的性能,并对2种不同的接缝形式进行对比。研究接缝区混凝土强度、U筋纵向间距、搭接长度、U筋直径、板厚和接缝宽度6个设计参数对U筋交错搭接接缝受力性能的影响,并提出了相应的设计建议。研究结果表明：相同配筋率下的采用U筋交错搭接接缝和传统焊接接缝的板承载能力基本相同,但是U筋交错搭接接缝开裂更早且裂缝发展更快,不过仍然满足规范的最大容许裂缝宽度要求;受分阶段施工的影响,混凝土首先在接缝结合面处开裂;控制U筋搭接角度小于45°可以保证接缝不发生脆性破坏;U筋纵向间距、U筋直径、板厚和接缝宽度对接缝受力性能影响较大。     

钢混组合连续箱梁桥负弯矩区设计研究

为有效改善连续钢混组合箱梁桥负弯矩区受力性能，以临汾市滨河西路与彩虹桥、景观大道立交桥项目为工程案例，提出基于顶升工艺的连续钢混组合箱梁桥负弯矩区设计方法。对桥面板施工工序、支点顶升顺序、桥面板存放龄期等顶升设计参数展开研究，以期桥面板和钢梁达到良好的受力状态，并对结构线型进行了施工全过程监控。研究表明：皮尔格法可有效降低中支点桥面板拉应力，降低幅值达60%；支点顶升顺序会显著影响桥面板预压应力效果，各支点桥面板预压应力均匀是评价顶升顺序的重要技术指标；随着桥面板存放龄期的增长，其裂缝宽度明显减小。临汾市滨河西路与彩虹桥、景观大道立交桥项目的建成是基于顶升工艺的连续钢混组合箱梁桥在市政桥梁工程领域的一次成功尝试，其负弯矩区设计思路、设计参数取值可对国内钢混组合桥梁的大规模建造提供很好的借鉴意义。     

全预制快速架设钢-UHPC轻型组合城市桥梁

为缩短城市高架桥现场作业时间,利用超高性能混凝土良好的力学性能及耐久性,提出一种可整体预制、整跨吊装、快速成桥的钢-UHPC轻型组合桥梁,并针对传统钢-混凝土组合连续梁桥负弯矩区桥面板拉应力过大的情况,提出一种可与梁段整体预制的简支变连续结构。对30m跨径钢-UHPC轻型组合城市桥梁试设计,并与现有方案进行材料用量及经济性能对比;利用MIDAS/Civil软件对试设计桥梁进行荷载组合效应计算,根据计算结果以中国桥梁设计规范为基础,同时借鉴法国UHPC结构设计规程,分别基于塑性设计法和弹性设计法对钢-UHPC轻型组合连续桥梁的承载能力极限状态和正常使用极限状态进行设计计算,并对正常使用极限状态钢筋数量及裂缝宽度的关系进一步探究;建立负弯矩区精细化的局部有限元模型,根据计算结果选择拉应力较大的桥梁纵向接缝进行1∶1足尺模型试验研究。研究结果表明:试设计桥梁在预估价较低的情况下结构高跨比由1/21降低至1/28,自重减至传统钢-混凝土组合桥梁的54%;钢筋数量增加初期,UHPC板裂缝宽度迅速减小,随着钢筋数量继续增大,其对裂缝宽度控制的贡献明显减小;试设计钢-UHPC轻型组合城市桥梁具有足够的抗弯与抗剪承载力,负弯矩区整体应力水平不高,同时试验接缝抗拉强度远大于计算值,满足工程使用要求。     

混凝土桥面板湿接缝纯弯破坏行为试验研究

为了解不同钢筋连接形式下混凝土桥面板湿接缝的抗弯性能,以某高速公路连续梁桥为背景进行研究。设计制作带湿接缝的桥面板试件(1组直钢筋焊接试件、1组直钢筋搭接试件、5组环形钢筋搭接试件),通过纯弯试验研究其裂缝发展、破坏形态、开裂荷载、破坏荷载及混凝土与钢筋应变的变化规律。结果表明:新旧混凝土结合面最先开裂,是整个试件的薄弱面,设计中应加强;不同钢筋连接方式试件的破坏荷载从大到小依次为环形钢筋搭接直钢筋搭接直钢筋焊接;环形钢筋搭接试件的承载力随着搭接长度的增加逐渐增加;对于两端有水平约束的桥面板结构,在临界破坏状态时呈现板结构+膜结构的两体系受力状态。     

预制混凝土梁湿接缝环形钢筋搭接长度研究

分析了一般钢筋搭接和环形钢筋搭接的传力机理,指出环形钢筋搭接的实质为环形钢筋通过搭接段钢筋间核心混凝土柱自锁锚固,通过核心混凝土柱抗剪而非钢筋与混凝土的黏结作用平衡搭接钢筋拉力,与PBL键通过孔间混凝土柱抗剪承载的机理类似。借鉴PBL键单孔承载力计算经验数据,以单剪切面核心混凝土柱抗剪承载力与环形钢筋抗拉承载力等强为控制条件,建立了环形钢筋搭接的长度计算公式。算例表明,核心混凝土截面足够时,环形钢筋搭接长度受钢筋直线段最小间距为零的构造要求控制,搭接承载力与搭接区钢筋采用绑扎或焊接等连接形式无关。试验证明,对于常用厚度的装配式预制梁湿接缝,建议的公式是合理的,并具有工程所需的精度。     

钢-UHPC组合梁负弯矩区受力性能试验

为解决钢-混组合梁负弯矩区桥面板的开裂问题，以桥面连续钢-混组合梁为研究对象，负弯矩区桥面板采用超高性能混凝土（Ultra-High-Performance Concrete，UHPC）代替传统普通混凝土，对其抗裂性能展开研究，并设计3根不同负弯矩区接口形式的钢-UHPC组合梁，采用一种独特的转角加载方式进行全过程静力加载试验，获得转角、临界开裂荷载、应变等关键试验数据；基于Abaqus的混凝土塑性损伤模型建立试验梁的非线性有限元模型，并对试验过程进行模拟。研究结果表明：钢-混组合梁负弯矩区采用UHPC，能明显提高负弯矩区的开裂性能、有效解决了负弯矩区桥面板的开裂问题；建议了合理的负弯矩区接口形式及负弯矩区UHPC纵向铺设长度取0.1L；采用黏结滑移理论，提出了简易的UHPC裂缝宽度计算公式。     

钢-混组合梁负弯矩区受力分析与设计方法

通过整理分析了影响组合梁负弯矩区受力性能的因素,改进拉应力的技术措施及负弯矩的设计方法;并结合工程实例,验证钢混组合梁负弯矩区以状态2为原则的设计方法.并在设计、施工构造方面提出了措施和建议.     

预应力UHPC局部增强混凝土梁抗弯性能研究

为研究后张法预应力UHPC局部增强混凝土梁的受弯性能,进行了1根预应力混凝土梁及2根不同UHPC厚度的预应力UHPC局部增强混凝土梁受弯性能试验,探讨了UHPC局部增强层厚度对预应力试件受力过程、破坏形态、裂缝开展以及承载特性等的影响.结果 表明:相对于传统的预应力混凝土梁,在UHPC局部替代受拉区普通混凝土后,可有效抑制受拉区裂缝发展,使原本宽而少的裂缝转变为细而密的微裂缝,且随着UHPC层厚度越大,受拉区主裂缝宽度逐渐越小,裂缝分布更密;增加UHPC厚度可显著提高试验梁的极限弯矩,UHPC层由0 mm分别增加到50 mm和100 mm,相应的极限承载力可分别提高约1.14倍和1.35倍.建立了预应力UHPC局部增强混凝土梁开裂弯矩和极限弯矩的计算公式,计算值与试验值吻合较好.     

复合型开孔板连接件抗剪性能试验

为提高开孔板连接件(PBL)的抗剪性能，提出了带柔性套筒的复合型PBL连接件，并对其抗剪性能进行试验研究，建立复合型PBL承载力计算方法。基于贯穿钢筋弯拉受力模型，推导其抗剪作用表达式，得到PBL孔内应力扩散角对贯穿钢筋抗剪作用的影响规律。设计制作8个PBL推出试件并进行破坏试验，探究柔性套筒壁厚对复合型PBL抗剪刚度、承载能力、延性、破坏模式及孔内钢筋混凝土榫传力机制的影响。研究结果表明：极限状态下，复合型PBL的贯穿钢筋弯拉变形较大，荷载-滑移曲线呈现明显的强化特征，且连接件延性得到显著改善；与无柔性套筒的常规PBL比较，贯穿钢筋周围包裹2 mm壁厚套筒的复合型PBL极限承载力和相应滑移分别提高了40.0%和42.6%；继续增大柔性套筒壁厚，由于孔内混凝土榫的有效剪切面积削弱，且两侧混凝土对贯穿钢筋的局部支撑作用减小，连接件承载力有所降低，但延性得到持续改善。将试验结果与已有常规PBL承载力计算公式进行对比分析表明，以钢筋混凝土榫剪切变形为主的常规PBL承载力计算公式对复合型PBL抗剪承载力计算误差较大，相关公式计算值均小于试验实测值。结合复合型PBL传力机理，给出了考虑混凝土榫剪切作用、贯穿钢筋作用和混凝土板局部支撑作用的PBL承载力计算公式。与试验结果对比发现，所提承载力公式计算值与试验结果吻合良好，可用于复合型PBL抗剪承载力的确定。     

装配式NC板UHPC湿接缝轴拉性能试验研究

装配式混凝土结构因施工便捷、节约工期等优势被频繁应用,常规混凝土结构使用的湿接缝为普通混凝土(NC),但是NC湿接缝与原结构粘结强度不高,导致接缝处出现了大量的病害。而超高性能混凝土(UHPC)有着更小的级配作湿接缝时与原NC结构具有更好的粘结强度,但目前国内对装配式NC-UHPC湿接缝轴拉性能研究较少,故本试验设计NC和UHPC两种湿接缝共6个试件并结合有限元分析,来探讨其轴拉性能。经试验和有限元分析后得出结论:UHPC作湿接缝时装配式NC-UHPC结构的轴拉性能远优于NC湿接缝,试件的初裂及极限荷载均远超NC接缝,故可考虑UHPC作为湿接缝应用。