钢板组合梁桥横向U型筋湿接缝力学性能试验研究

针对传统钢板组合梁桥湿接缝焊接工程量大、安全储备较难保证等问题,提出横向U型筋湿接缝结构,研究其受力可靠性。考虑横向U型筋不同搭接形式及长度,选取并制作支座墩顶中间位置横向U型筋湿接缝试件进行静力拉伸试验、支座墩顶钢主梁位置横向U型筋湿接缝试件进行动力疲劳试验,分析试件裂缝发展、破坏形态和钢筋应力的变化规律。结果表明:静力拉伸试验下,横向U型筋湿接缝施工缝处会较早产生裂缝;横向U型筋采用焊接或增加搭接长度可减小钢筋平均应力。动力疲劳试验下,混凝土开裂会造成横向U型筋应力转移,开裂荷载附近横向U型筋应变变化较为明显,开裂后横向U型筋应力呈非线性增长。静、动力试验过程中,横向U型筋结构裂缝发展及钢筋受力均满足设计要求,力学性能较好。     

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。     

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。     

双室宽幅纵向全预应力箱梁代替小箱梁结构的构造改进

预制拼装式小箱梁结构由于构件尺寸偏薄,在使用中存在梁体纵向开裂等病害影响结构耐久性,本文通过研究双室宽幅纵向全预应力小箱梁替代现有小箱梁结构,解决构件纵向开裂等耐久性问题,减少施工湿接缝,并在实体工程中进行验证。随着桥梁施工装备能力的不断提升,在满足预制吊装的便捷性的同时减少构件分块重量,是桥梁发展的新方向。     

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。     

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。     

装配式UHPC桥梁湿接缝模型试验及受弯性能研究

为了改善装配式UHPC(超高性能混凝土)桥梁接缝处由于钢纤维不连续易开裂受损的问题,提出UHPC湿接缝方案并进行优化及受力性能研究。完成了6个试验模型,即直接缝、菱形接缝、上下条带接缝、未焊接及焊接的上下条带菱形接缝5种UHPC接缝梁及UHPC完整梁。对模型的受弯裂缝破坏形式、试验梁的荷载-位移曲线、极限抗弯承载能力、搭接钢筋是否焊接的影响等方面开展相关研究。研究表明:接缝梁的受弯性能均低于完整梁,接缝梁中,焊接的上下条带菱形接缝梁的刚度最高,抗裂缝发展性能最强,综合受弯性能最优,其次是未焊接上下条带菱形接缝梁、上下条带接缝梁、菱形接缝梁和直接缝梁。     

通车条件下预制小箱梁桥拼宽施工工艺研究

为控制通车条件下预制小箱梁拼接施工过程中拼宽湿接缝两侧挠度差,防止混凝土早期开裂,介绍小箱梁桥拼接技术的两种优化施工方案。为分析老桥保持快车道通车对湿接缝两侧变形差的影响,建立小箱梁桥有限元模型,通过计算老桥通车条件下最不利荷载效应,重点对设置夹具以控制湿接缝两侧挠度差的小箱梁数值模型进行了深入研究,并对不设置夹具、跨中设置3道夹具和满跨布置夹具的有限元计算结果进行了比较。研究结果表明：对于通车条件下的预制小箱梁桥,在新旧小箱梁之间设置施工夹具控制两侧挠度差效果有限,若不设置施工夹具,湿接缝两侧最大挠度差仅为2．32mm,属于微幅振动范畴。研究成果为同类型小箱梁桥拼宽施工提供技术指导。     

预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法研究

基于疲劳损伤累积理论,提出一种预应力混凝土箱梁桥腹板疲劳寿命评估方法。首先,分析预应力混凝土箱梁桥腹板受力特性,建立腹板与顶板早期开裂及腹板疲劳破坏准则;然后,通过箱梁桥局部平面有限元模型计算横向效应下混凝土及箍筋应力,基于混凝土S-N曲线分析混凝土疲劳开裂,引入裂缝影响系数对箍筋应力进行修正,基于全桥杆系有限元模型及变角度桁架模型计算仅考虑面内剪力作用下箍筋应力,两者叠加得到空间效应下箍筋应力历程,以雨流计数法获取箍筋应力谱,并基于疲劳损伤累积理论对箍筋进行疲劳寿命评估;最后,对一实例分析,同时分析箱梁横向效应、裂缝深度等对箍筋应力及疲劳寿命的影响。结果表明:当裂缝深度达到腹板保护层厚度时,箱梁横向效应对桥梁腹板寿命影响较大,可使其发生疲劳破坏。     

横向分段施工预应力混凝土斜箱梁的模型试验研究

根据工程实际需要,提出横向分段施工预应力混凝土斜箱梁结构的施工方式,并对此施工方式的箱梁桥和整体浇筑的箱梁桥进行模型试验研究与有限元计算。通过各种工况的试验加载,及对实测得到的试验数据（挠度和应变）数理统计、图表分析比较和相应的有限元分析,定量比较了两者的受力性能差异,即混凝土开裂前,横向分段施工预应力混凝土斜箱梁的挠度比整体浇筑斜箱梁的挠度约大5．3％,纵向应变比整体浇筑斜箱梁的纵向应变大13．5％,湿接缝的纵向应变是整体浇筑施工斜箱梁的纵向应变的59％。横向分段施工预应力混凝土斜箱梁截面上存在着预应力的应力重分布,此重分布应力对湿接缝的混凝土受拉变形产生了抑制作用,且现有的有限元通用程序尚无法计算此应力重分布值的大小、     

池州长江公路大桥北边跨钢-混结合段施工关键技术

池州长江公路大桥主桥为主跨828 m的双塔双索面非对称混合梁斜拉桥,除北边跨主梁采用混凝土箱梁结构外,其余主梁均采用钢箱梁结构。钢-混结合段长11.2 m、全宽39.0 m,布置在Z3号墩向跨中方向3 m的位置处;采用承压传力结构形式,通过剪力钉与现浇混凝土连接,并设置纵向预应力钢束。根据现场施工条件,先利用800 t浮吊将结合段钢梁吊装至钢管滑移支架,并利用滑移系统将其滑移至起吊位置;然后利用2台300 t变幅式桥面吊机、采用双悬臂法对称吊装钢梁,钢梁吊装到位后进行纵向、轴线及标高调整;钢梁精确定位后进行临时锚接及钢梁环口精确匹配,利用支撑锁定支架进行钢梁临时锁定;钢梁锁定后绑扎钢-混结合段钢筋、安装预应力管道,浇筑箱梁混凝土,完成钢-混结合段施工。     

UHPC双向板抗冲切性能试验

为明确超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）双向板在局部荷载作用下的抗冲切性能,以UHPC强度、板厚、配筋率、局部加载面积和加载位置为试验参数,对9块四边简支UHPC双向板进行抗冲切破坏试验,分析UHPC双向板的冲切破坏机理和各试验参数对板抗冲切性能的影响规律。结果表明：试件均发生钢筋屈服后的冲切破坏,板底出现环形裂缝且板内形成冲切锥体;冲跨比小于7时,冲切破坏面倾角和名义抗冲切强度均随冲跨比增加而减小,而冲跨比大于7时,则其基本不变;UHPC强度等级从120 MPa提高到150 MPa时,板的抗冲切承载能力提高5.5%;当板厚由60 mm增加至80 mm和100 mm时,板的抗冲切承载能力分别提高69.7%和1.883倍;相较于1.31%配筋率的试件,2.57%配筋率的试件的抗冲切承载能力提高14.9%;与方形加载板边长为70 mm的试件相比,边长为90 mm试件的抗冲切承载能力提高9.8%;与中部加载试件相比,边部和角部加载试件的抗冲切承载能力分别提高15.3%和13.1%。为避免UHPC双向板发生钢筋网格内的冲切失效,板底受拉钢筋间距不应大于加载板边长与1.15倍有效板厚的和。基于试验结果和相关文献,评估了现有抗冲切承载力计算公式的适用性,并引入冲跨比考虑局部荷载偏置的影响,提出了适用范围更宽的UHPC板抗冲切承载能力计算公式。     

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。     

集束式长短剪力钉抗剪承载力计算方法

为给新型预制拼装钢-混组合梁桥设计施工提供参考,针对该类桥采用集束式长短剪力钉的布置特点,考虑剪力钉不同直径、长度、强度和混凝土强度等因素,开展集束式长短剪力钉的抗剪性能、极限承载能力有限元分析和试验研究。采用推出试验的方法,设计制作18个剪力钉推出试件,考察剪力钉长度和直径对集束式长短剪力钉抗剪极限承载力的影响,提出集束式长短剪力钉的群钉荷载-滑移曲线公式。同时,考虑混凝土、剪力钉、钢梁和钢筋的材料非线性,采用ANSYS软件建立推出试验的有限元模型,分析混凝土强度、剪力钉强度、剪力钉相对位置、混凝土板厚等参数对集束式长短剪力钉抗剪力学性能的影响规律,提出集束式长短剪力钉的单钉极限抗剪承载力计算公式。研究结果表明：短剪力钉的直径和抗拉强度、混凝土强度对集束式长短剪力钉的抗剪承载力和刚度有明显影响;而短剪力钉的长度、长短剪力钉的相对布置位置和混凝土板厚对集束式长短剪力钉的抗剪承载力和刚度影响较小;提出的计算公式计算值与试验值吻合较好。     

钢筋交叉搭接桥面板湿接缝轴拉试验研究

预制拼装桥梁主梁横向接缝常采用钢筋交叉搭接的桥面板湿接缝形式,但是此连接方式的计算方法有待完善,正常使用性能尚无试验数据基础。通过轴拉试验揭示不同缝宽、钢筋形式、接缝材料组合下桥面板湿接缝的性能,为理论计算方法提供试验数据,为设计提供参考。     

采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装受力性能研究

为解决现有钢桥面铺装因大面积现浇超高性能混凝土(UHPC)产生收缩开裂,需密集配筋,施工现场需要大量蒸养设备等问题,提出了一种采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装。通过钢-预制UHPC板界面、钢-现浇UHPC板界面和预制-现浇UHPC界面局部模型试验,揭示了采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装各关键界面黏结性能;通过节段足尺模型试验与有限元分析,明确了车辆荷载下采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装的荷载效应。研究结果表明：钢-预制UHPC板界面受拉和受剪破坏均发生于粘胶层与预制UHPC板结合面,法向抗拉和切向抗剪承载力可保守地取5.2 MPa和8.7 MPa;栓钉间距在150~320 mm之间时,栓钉加密对钢-现浇UHPC板界面抗剪承载力影响较小,可根据中国规范进行现浇UHPC板中栓钉承载力的计算,抗剪刚度可保守的取110.0 kN·mm^-1;界面凿毛处理和湿接缝采用蒸汽养护,可使预制-现浇UHPC接缝的抗剪强度分别提升23%和20%,预制-现浇UHPC接缝抗剪强度可保守地取2.4 MPa;在3倍车辆设计荷载作用下,UHPC板以及钢-UHPC板界面的应力均小于容许应力。提出的采用预制-现浇UHPC板的钢桥面铺装方案可行。     

空心板桥新型粗骨料UHPC铰缝抗剪性能试验

为研究空心板桥新型粗骨料超高性能混凝土(UHPC)铰缝的抗剪性能,对14个铰缝试件进行了静力抗剪试验,试验参数包括铰缝混凝土材料类型、界面处理方式、抗剪钢筋构造形式、抗剪钢筋强度等级和配筋率。分析了试件的裂缝发展过程和分布规律、破坏模式以及各试验参数对铰缝抗剪性能的影响;同时,基于铰缝典型的荷载-位移曲线分析了铰缝的抗剪机理。试验结果表明：铰缝的裂缝宽度从下至上呈现逐渐减小的规律,由于传统配筋方式上部抗剪钢筋的位置靠近顶部,导致上部抗剪钢筋在铰缝抗剪承载力极限状态时尚未屈服,对抗剪承载力的贡献小。试件破坏模式分为2种：传统铰缝的界面剪切破坏;UHPC铰缝的预制混凝土块剪切破坏。UHPC材料、界面预留槽处理方式、抗剪钢筋新配筋方式以及提高抗剪钢筋的强度等级和配筋率,均能不同程度地提升铰缝的抗剪性能。与传统铰缝相比,新型粗骨料UHPC铰缝的开裂荷载、抗剪承载力和名义抗剪刚度提升幅度分别可达42.8%、185%和218.3%。当达到抗剪承载力极限状态时,UHPC铰缝主要依靠抗剪钢筋屈服提供的剪切摩擦抗力以及预制混凝土块剪断提供的剪切抗力来抵抗外荷载。提出了UHPC铰缝开裂荷载及抗剪承载力计算公式。计算结果表明：开裂荷载、抗剪承载力试验值与计算值比值的均值分别为1.47、1.19,变异系数分别为0.05、0.12,所提出的计算公式可以较精确和稳定地预测UHPC铰缝的开裂荷载及抗剪承载力。     

正交异性钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节疲劳开裂快速加固方法

为研究钢桥面板疲劳开裂局部区域引入钢或高性能材料加固构件的装配式加固方法,以钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节为研究对象,采用足尺模型试验对钢桥面板纵肋与横隔板交叉构造细节疲劳性能劣化及其疲劳开裂的栓接角钢装配式快速加固相关关键问题进行了试验和理论研究;基于断裂力学探究了纵肋与横隔板交叉构造细节三维疲劳裂纹的扩展特性、疲劳寿命预测及装配式快速加固方法的加固效果。研究结果表明：纵肋与横隔板交叉构造细节的疲劳裂纹萌生于焊趾并沿纵肋腹板进行扩展,其对结构力学特性的影响范围和程度随着裂纹的扩展而逐步加剧;加固后相应开裂部位关键测点和裂尖各测点的应力应变降幅分别达57%和80%,装配式加固构件与既有结构协同受力性能良好,能够有效抑制局部疲劳裂纹扩展;数值断裂力学分析表明,加固后裂尖应力强度因子降幅达90%,可有效抑制疲劳裂纹的进一步扩展。     

新老结构间超高性能混凝土拼宽接缝技术研究

北京路沂河桥采用老桥顶升2.57m后保留利用、两侧新建拼宽桥的建设方案。标准跨径30m的小箱梁与60m+60.69m的两跨预应力砼连续梁属于不同跨径、不同结构之间的拼宽,拼宽时需要采取恰当措施处理不等跨产生的位移差问题。在采用UHPC无缝拼宽时,需要对拼缝进行合理设计才能实现拼宽桥和老桥整体受力,经详细的分析计算,在纵向拼缝处铺装层选用10cm厚UHPC形成刚接,拼宽桥梁体内预埋门形钢筋,且老桥小箱梁植门形钢筋,使结构形成整体;纵缝上布置5mm不锈钢板及5mm橡胶板,铺装钢筋与UHPC内钢筋绑扎,使铺装层形成整体,橡胶板根据不同的受力特点设置不同的厚度,以适应桥梁不等跨产生的位移差。并对拼接结构进行现场足尺加载试验,试验结果与有限元分析结果基本吻合。     

钢—砼叠合梁斜拉桥精细有限元仿真分析

G325国道九江大桥（重建）为独塔双索面斜拉桥,主梁为叠合梁结构,由工字型主梁、车行道横梁、小纵梁、钢检修道悬臂梁组成的平面钢梁格,再与其上叠合的混凝土桥面板构成。由于该桥主梁构造复杂,采用普通梁单元无法精确获得其应力分布,基于以上原因,利用块体单元及板壳单元组成的组合模型对该桥进行精细有限元仿真分析。介绍了如何制定仿真分析的建模方案,并对建模细节进行介绍,最后给出了该仿真分析的结果以及对设计方案的评价及建议。