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。     

钢-超薄UHPC组合桥面板界面抗剪焊接构造（双语出版）

为研究钢-超薄UHPC组合桥面板中新型钢筋网局部焊接抗剪连接件的静力性能,开展12个静力推出试验,考虑焊缝长度和界面黏结的影响,获得焊接抗剪件的荷载-滑移曲线和抗剪承载力。基于显示动态分析法,采用有限元软件ABAQUS对静力推出试验进行仿真分析。采用疲劳推出试验,初步研究焊缝长度为25 mm焊接抗剪件的疲劳性能。研究结果表明：焊接抗剪件抗剪承载力随焊缝长度增加而提高;界面黏结对试件抗剪承载力并无显著影响,但会提高其弹性阶段抗剪刚度;静力试验受纵筋焊接长度比例影响有2种破坏模式,分别为焊缝剪断和纵筋拔出,两者均为脆性破坏;与常规栓钉抗剪件相比,焊接抗剪件具有较高的抗剪承载力和抗剪刚度;针对2种不同破坏模式,考虑材料和接触非线性的计算结果与试验结果吻合较好;焊接抗剪件在80 MPa剪应力幅下循环加载至500万次仍未发生疲劳开裂,满足疲劳设计要求;疲劳试件破坏前的大部分时间内,界面相对滑移量增加缓慢,而在试件疲劳破坏阶段,界面相对滑移量增加迅速。     

UHPC局部受压承载力计算方法

为合理地计算UHPC构件的局部受压承载力，建立了有、无间接钢筋UHPC的局部受压试验数据库，以此为基础分析和评估了NF P 18-710、CECS 38:2004、DBJ 43/T 325—2017和JTG 3362—2018中的局部受压承载力计算公式；基于UHPC局部受压试验数据库提出了考虑混凝土强度和钢纤维影响的UHPC局部承压修正系数和间接钢筋影响系数，进而修正了JTG 3362—2018的局部受压承载力计算公式。研究结果表明:无间接钢筋UHPC的局部受压承载力试验值与NF P 18-710、CECS 38:2004、DBJ 43/T 325—2017和JTG 3362—2018计算值之比的均值分别为0.97、0.81、1.33和1.09，有间接钢筋UHPC的局部受压承载力试验值与CECS 38:2004、DBJ 43/T 325—2017和JTG 3362—2018计算值之比的均值分别为0.91、1.31和1.13；各规范公式的混凝土局部受压承载力公式未充分反映混凝土抗压强度和钢纤维的影响，间接钢筋的局部受压承载力计算公式未充分反映约束面积比、混凝土抗压强度和钢纤维的影响；NF P 18-710可较好地预测无间接钢筋UHPC的局部受压承载力，CECS 38:2004计算所得UHPC的局部受压承载力偏大，且间接钢筋的局部受压承载力预测结果离散性大，DBJ 43/T 325—2017和JTG 3362—2018的计算结果偏保守。有、无间接钢筋UHPC的局部受压承载力试验值与JTG 3362—2018修正公式的预测值之比的均值分别为1.00和1.04，标准差均小于0.20，因此，JTG 3362—2018修正公式可较好地预测有、无间接钢筋UHPC的局部受压承载力，可为国内UHPC桥梁结构设计规范的编制提供参考。      

基于可靠度的钢筋UHPC受弯梁材料分项系数研究

为确保规范的计算公式满足可靠度要求,对在编《公路桥涵超高性能混凝土应用规范》正截面抗弯承载力表达式中的UHPC材料分项系数进行分析与校准。基于现有文献,收集整理中国共648个UHPC抗压强度、210个抗拉强度和53根受弯梁的试验数据,得到相关变量的统计参数。随后建立4 158根UHPC受弯梁的计算空间,采用蒙特卡洛模拟对其进行可靠指标计算与敏感性分析,考察截面类型、材料强度、截面纵筋率及活恒载效应比等参数对钢筋UHPC受弯梁可靠指标的影响。基于分析,对计算空间进一步细分,以截面纵筋率为0.05、活恒载效应比为0.05~0.5的T形梁截面可靠指标均值达β_T=4.2为目标,校准钢筋UHPC梁受弯状态下的UHPC材料分项系数。研究结果表明：抗力统计参数中,UHPC抗压强度、抗拉强度以及梁抗弯承载力计算误差均不拒绝正态分布;受弯状态下UHPC梁截面可靠指标主要受活恒载效应比与截面纵筋率的影响,而材料强度影响较小;活恒载效应比越低,截面纵筋率越高,其可靠指标越低;当活恒载效应比从0.05升至1.0时,可靠指标提升幅度较大;且活恒载效应比大于0.5时,可靠指标均高于4.2。当截面纵筋率从0.005升至0.05时,可靠指标下降较为明显;而当截面纵筋率高于0.05后,可靠指标几乎保持不变;同等条件下,矩形截面梁的可靠指标要稍高于T形截面梁;建议钢筋UHPC梁受弯状态下的UHPC材料分项系数取值为1.3。     

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。     

钢筋UHPC矩形截面受弯构件的钢筋应力简化计算

为建立钢筋UHPC矩形截面受弯构件的钢筋应力简化计算方法，首先基于UHPC结构计算的基本假定建立了钢筋应力数值计算方法，然后推导并修正了考虑UHPC抗拉贡献的钢筋应力简化公式，最后通过与国内外文献相关试验结果进行对比，对所提出的钢筋应力简化公式的适用性进行了验证。结果表明：①数值计算方法所得钢筋应力预测值与实测值整体吻合良好，证明了该方法的有效性。②由于忽略了UHPC的抗拉贡献，直接采用GB 50010—2010规范和JTG 3362—2018规范推荐钢筋应力公式计算所得UHPC构件的钢筋应力误差较大。③根据UHPC结构计算基本假定推导出UHPC受弯构件开裂截面钢筋应力简化公式，并结合参数分析结果建议简化公式中系数α取值0.85，β取值0.50；钢筋应力在125~400 MPa范围时，简化公式预测效果较好；但当钢筋应力在40~125 MPa范围时，由于过高估计UHPC的抗拉贡献，简化公式预测结果明显偏小，甚至出现负值。④为避免简化公式过高估计UHPC抗拉贡献，改进了UHPC受拉贡献系数β的取值方法，进而得到了钢筋应力修正公式；修正后钢筋应力计算值在裂缝发展阶段内，与实测值、数值分析值均整体吻合良好，且与其他文献的钢筋应力试验值吻合也较好，表明修正公式的适用性也较好，可为UHPC结构设计规范的编制提供参考。     

钢纤维特性对UHPC轴拉性能与弯拉性能的影响及对比研究

为定量地研究钢纤维特征参数对超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete，UHPC）受拉性能的影响规律，现对同一纤维体积掺量（2%）下不同纤维长径比（59~100）、不同纤维类型（端钩型与平直型）及无钢纤维的UHPC试件分别开展了轴拉试验与四点弯拉试验。通过选取拉伸全曲线上的初裂点、峰值点及其他几个特征点，定量地分析了UHPC拉伸过程中的轴拉性能与弯拉性能，并对2种拉伸试验下的初裂强度与峰值强度进行了对比与分析，最后利用ABAQUS软件对2种拉伸全曲线进行了有限元倒推分析。研究结果表明：①随着一定范围内的纤维长径比的增加，与轴拉试验相比，UHPC试件的拉伸强度和拉伸韧性在弯拉试验中提升得更明显；②无论是端钩型还是平直型纤维试件，轴拉应变达到3 000×10^-6时的应力均高于7 MPa，且大弯拉变形状态下的强度均仍为弯拉初裂强度的1.17~2.43倍；③有无钢纤维对UHPC轴拉性能与弯拉性能均具有不同程度的裂后增强效果，其中后者优于前者；④在UHPC结构设计中可用考虑尺寸效应修正后的弯拉初裂强度来估算轴拉初裂强度，且扣除纤维取向的影响后，基于ABAQUS有限元软件倒推输入的三折线轴拉本构与实测的轴拉本构基本相符。