钢-UHPC组合梁在大跨径桥梁中的设计与应用分析

嘉兴市市区快速路环线工程跨越京杭大运河地面老桥（龙凤桥）拟采用钢-UHPC 组合梁方案,与常规的预应力混凝土连续梁、波形钢腹板连续梁和系杆拱桥方案在经济性、施工方案和耐久性方面进行对比分析。结果表明,钢-UHPC 组合梁在大跨径桥梁工程中具有较显著的优势和良好的应用前景。     

大跨度自锚式悬索桥钢-UHPC轻型组合加劲梁构造设计研究

为优选大跨度自锚式悬索桥钢-UHPC轻型组合加劲梁结构方案,该文以益阳市青龙洲大桥为背景,采用有限元模拟、足尺试验对比验证3种钢-超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete,UHPC）组合加劲梁方案,对比静力性能、经济特性等指标。结果表明：UHPC华夫板、UHPC无腹筋纵肋板、长栓钉带钢板条的UHPC纵肋板方案均可满足设计需要,长栓钉带钢板条的UHPC纵肋板有更高的抗弯刚度、抗裂安全储备,可达到需求值的5.4倍;桥面板新型T形接缝通过合理预留钢筋实现桥面板零焊接,并有效减少UHPC板内高拉应力区纤维不连续引起的断缝;钢-UHPC轻型组合梁性能优越、适用性高、经济性好,具有良好的应用前景。     

钢-UHPC轻型组合梁结构设计及施工要点

钢-UHPC轻型组合梁上部结构轻盈,简洁,工厂化制造、装配化施工,现场作业量少,可实现主梁一次成型整体预制和吊装,适应桥梁严苛的净空要求,可尽可能减少对桥下现有交通的干扰,在高速公路跨线桥和城市桥梁等方面具有广阔的应用前景,同时采用组合结构符合目前交通部大力推广钢结构政策导向。     

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。     

官新高速公路马路口资水大桥主梁方案比选

湖南官新高速公路马路口资水大桥主桥为主跨500 m的双塔双索面半飘浮体系斜拉桥,在该桥主梁设计时,提出了钢-UHPC组合梁(方案1)和钢-混组合梁(方案2)2种方案。为选择合理的主梁方案,对2种主梁对应的大桥结构方案进行设计,采用MIDAS Civil和ANSYS软件分别建立全桥和UHPC局部受力模型,分析2种方案的结构静力、动力性能,最后对2种方案的经济性进行比较分析。结果表明:2种方案的结构受力均能满足规范要求;与方案2相比,方案1的自重较小,可以明显降低其他结构部件工程量,其桥面板的抗裂性能好,建造成本可降低约3.3%。因此,该桥主梁推荐采用钢-UHPC组合梁方案进行设计。     

钢-UHPC组合梁自锚式悬索桥力学性能与经济性分析

为了解钢-UHPC组合梁自锚式悬索桥的受力性能及经济性,以益阳青龙洲特大桥为背景,建立全桥空间有限元杆系结构模型及组合梁局部有限元模型,研究钢-UHPC组合梁的抗弯承载能力、UHPC桥面板的抗裂能力,并与常规钢-混组合梁经济性进行对比.结果表明:在最不利组合下,组合梁箱形钢主梁、钢横梁的最大拉应力分别为206.3 MP...     

钢-UHPC轻型组合梁桥面板结构型式研究

提出了钢—UHPC轻型组合桥梁结构,以克服传统钢-混凝土组合结构桥梁混凝土桥面板的不足。(1)从基本力学性能和经济性方面对轻型组合梁和传统组合梁进行对比,表明轻型组合梁具有自重低,力学性能优越,施工方便快捷,全寿命经济效益显著等特征,具有较好的应用前景。(2)对等厚板、带纵肋桥面板、华夫桥面板3种结构型式的UHPC桥面板进行有限元分析,结果表明:华夫桥面板竖向位移最小,整体刚度最大;带纵(横)肋桥面板仅纵肋下缘纵向拉应力最大,只需在纵肋下缘配置纵向受拉钢筋;华夫桥面板方案横向拉应力峰值小于较带纵肋方案。(3)基于华夫桥面板方案开展了足尺条带模型试验,正负弯矩试验的初裂应力分别为19.4 MPa和9.1 MPa,华夫桥面板方案能够满足正常使用极限状态的裂缝限值。     

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。     

大跨径钢-UHPC轻型组合梁斜拉桥力学与经济性能研究

为解决传统大跨径斜拉桥中钢主梁存在的桥面铺装易损,钢面板疲劳破坏等问题,提出了两种轻型组合梁方案。建立了主跨1 100 m的传统钢主梁斜拉桥和两种轻型组合梁斜拉桥的有限元计算模型,对三种方案的静力性能、动力特性和经济性能进行了分析比较。结果表明:在力学性能方面,两种轻型组合梁在大跨径斜拉桥中的应用是可行的;三种方案的初始建设造价相近,从全寿命角度来看,两种轻型组合梁斜拉桥的经济性能明显优于传统钢主梁斜拉桥。     

钢-UHPC轻型组合连续梁桥设计与施工

以云南省保山市昌保高速公路一座3 m×30 m跨线天桥为工程背景,针对传统钢板组合梁负弯矩区混凝土顶板易开裂的问题,提出了一种预制“π”型钢-UHPC轻型组合梁结构,设计了适用于该组合梁的负弯矩区横向UHPC-NSC组合接缝和双榀“π”型梁间纵向UHPC接缝结构。介绍了UHPC材料的配制、钢-UHPC组合梁纵横向接缝设计、纵向接缝模型试验、负弯矩区1∶2缩尺模型抗弯加载试验,以及该桥的预制装配施工流程。相关结构设计、模型试验和工程实践经验可供实际工程参考。     

湖北观音寺长江大桥主桥方案构思与总体设计

湖北观音寺长江大桥主桥为(350+1 160+350) m混合式组合梁斜拉桥。该桥设计过程中对跨径布置、桥型方案、主梁方案、结构体系等进行系统研究。为最大限度地减少桥梁对长江航道、河道行洪等的影响,确定采用1 160 m主跨一孔跨过可通航水域。综合考虑建设条件、结构性能、施工难度、安全风险、经济性等因素,最终选取斜拉桥方案。为降低结构自重、充分发挥材料性能、提高桥面耐久性,主梁采用边跨377 m混凝土箱梁+中跨两侧401 m钢-UHPC组合梁+中跨跨中304 m钢-UHPC轻型组合桥面钢箱组合梁的混合式组合梁。结构体系采用带纵向约束的弹性半飘浮体系。桥塔采用中、下塔柱混凝土结构+上塔柱钢壳组合结构A形塔,塔高262 m,基础采用直径3.2 m的钻孔灌注群桩基础。斜拉索采用标准抗拉强度2 100 MPa的高强度锌铝合金镀层平行钢丝拉索,斜拉索与塔、梁端均采用钢锚箱锚固。辅助墩、过渡墩均采用空心截面双柱墩,下设分离式承台+群桩基础。     

基于波传播法的钢-UHPC组合结构脱粘损伤识别研究

钢-UHPC组合结构作为一种新型结构,其交界面通过栓钉紧密结合,以保证二者协同受力。在实际应用中,若钢-UHPC界面发生脱粘损伤,将不可避免地影响结构使用性能。基于波传播法的PZT测试技术是一种简单有效的现场无损测试方法,可用于钢-UHPC界面脱粘等微小缺陷的检测。设计了钢-UHPC组合梁模型,运用波传播法对实验梁的负弯矩加载历程进行了监测,通过分析接收信号幅值等特征参数,对加载历程中的局部界面脱粘损伤进行了识别,结果表明,波传播法能够较好地识别出钢-UHPC界面脱粘损伤。     

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。     

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。     

钢板-UHPC组合梁抗弯性能试验及有限元分析

为了研究钢板-UHPC组合梁的抗弯性能,首先开展1根钢板-UHPC组合梁抗弯性能静力试验;然后利用Abaqus有限元软件对试件静力加载全过程进行仿真计算,采用不同方式模拟组合梁中的栓钉,选定最恰当的模型;最后基于校准的有限元模型,对钢板-UHPC组合梁进行参数分析,主要参数包括：UHPC抗压强度、钢板强度、栓钉间距及布置方式。研究结果表明：有限元仿真分析中,采用面面接触的有限元模型,其仿真分析结果与实测值总体上吻合良好,能够较好地反映钢板-UHPC组合梁中挠度、应变以及滑移变化规律,可作为后续钢板-UHPC组合梁有限元仿真分析的参考;各参数对钢板-UHPC组合梁极限承载能力的影响大小为：钢板强度>UHPC抗压强度>栓钉间距;在结构设计中应当重视剪弯段栓钉的选择与布置,而纯弯段栓钉可以进行相对弱化处理。     

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-UHPC组合式防撞浮箱防撞性能研究

由于钢-橡胶组合式防撞浮箱被小型船舶撞击后防腐涂层易被破坏，引起箱体进水、防撞装置下沉等问题，因此多采用新型的钢-UHPC组合式防撞浮箱。为了解钢-UHPC组合式防撞浮箱防撞性能，采用数值模拟的方法，从船舶撞击速度以及角度2个方面探究钢-UHPC组合式防撞浮箱对削减桥墩受到撞击力的影响。结果表明：1)钢-UHPC组合式防撞装置具有良好的削减撞击力的能力，大约在30%～40%;2)该防撞装置对撞击力的削减在正撞下随速度增加而增强，在20°斜撞下随速度增加而减弱，但都能达到30%以上；3)大角度撞击下防撞装置对撞击力的削减效果十分明显，主要是由于该装置具有较好拨转船头效果。钢-UHPC组合式防撞浮箱在实际应用中具备良好的防撞性能，可起到保护桥墩、防止桥墩破坏的作用。     

大跨径钢 -UHPC 组合梁桥设计与整体受力分析

嘉兴市市区快速路环线工程跨越京杭大运河地面老桥龙凤桥,采用跨径布置为65 m+95 m+65 m的大跨径钢-UHPC连续组合梁方案,该方案在设计、施工和经济性方面都具有较显著的优势。采用Midas Civil 2021软件建立桥梁空间有限元模型,在承载能力极限状态和正常使用极限状态下各项验算均满足规范要求,可以为类似桥梁设计提供参考。     

斜拉桥双边工字钢-UHPC桥面板组合梁静力性能研究

针对斜拉桥传统钢-混组合梁的不足,提出双边工字钢-UHPC桥面板组合梁。以湖南马路口资水大桥为依托,分别采用有限元软件MIDAS和ANSYS建立全桥模型和主梁节段模型,分析组合梁的受力性能,制作UHPC桥面板模型试件进行弯曲试验,研究UHPC桥面板的受力性能。结果表明:荷载组合作用下,钢主纵梁、钢横梁的最大正应力分别为223 MPa、197MPa,最大剪应力分别为145MPa、65MPa,小于钢材强度设计值;顺桥向、横桥向弯曲构件破坏时的名义拉应力分别为63.2MPa、34.5MPa,初裂应力分别为23.2MPa、10.4MPa,UHPC桥面板的抗弯承载能力满足要求,且具有良好的抗裂性能。     

基于静动载试验的钢-UHPC组合桥面应用研究

为评估钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面体系(通过剪力钉将配筋UHPC薄层与正交异性钢桥面板组合而成的新型桥面结构)的实桥应用效果,以太原摄乐大桥为背景,分别建立80 mm厚SMA铺装层、60 mm厚UHPC+80 mm厚SMA铺装层2种铺装方案有限元模型进行静力性能分析,并对桥面行车道开展静、动载试验研究。结果表明:设置UHPC铺装层能显著提高结构刚度,大幅降低正交异性钢桥面板各构造细节应力;实桥静载测试数据与计算值吻合度较高;当车辆以60 km/h设计速度行驶时,钢-UHPC组合桥面无明显动力冲击效应;钢-UHPC组合桥面体系在实桥上应用效果良好。