关于钢混组合梁负弯矩区设计的研究

中小跨径钢混组合梁在高等级公路上,已得到广泛的使用。钢混组合梁负弯矩区受力复杂,混凝土桥面板破损情况时有发生,影响桥梁正常使用。本文详述了中小跨径钢混组合梁负弯矩区的设计方法,并探讨支点位移法对改善混凝土桥面板受力的影响,为该类桥梁负弯矩区的设计提供参考。     

钢混组合梁负弯矩区接缝抗拉性能试验研究

依托杭甬高速公路复线滨海互通匝道钢混组合连续梁桥,对钢混组合梁负弯矩区接缝抗拉性能开展试验研究。设计了负弯矩区接缝抗拉性能试验方案,探究接缝钢筋形式、接缝尺寸、接缝钢筋定位偏差等因素对接缝性能的影响;从试件破坏形态、荷载位移曲线等方面,对比分析各因素对接缝试件抗拉性能方面的差异;通过各试件的试验值与有限元模型仿真值对比,验证了负弯矩区接缝抗拉性能试验结果的合理性。研究表明：接缝内环形钢筋在出现钢筋定位偏差时,将显著影响接缝抗拉承载能力及延性;接缝内采用直线钢筋或环形钢筋对湿接缝的抗拉承载力影响较小(约5%以内),且湿接缝宽度在500 mm～700 mm范围内对接缝抗拉性能的影响不显著,但采用直线筋、减小接缝宽度可提升施工便利性。     

钢-混组合梁负弯矩区应变控制研究

为了解焊钉连接件和开孔板连接件对钢-混组合梁应变的影响,设计基于实桥的室内模型试验,以设置焊钉连接件和开孔板连接件的模型试件为研究对象,通过在钢梁、混凝土板、连接件以及纵向受拉钢筋等部位布设应变片测量应变,分析不同加载条件下2种模型试件组合梁截面的应变状态。研究结果表明:开孔板试验梁的临界荷载大于焊钉试验梁的临界荷载,即开孔板连接件的钢-混组合梁能承受更大的荷载;焊钉试验梁和开孔板试验梁的危险截面在混凝土板的裂缝控制中应予以考虑;针对该试验模型,开孔板连接件可以有效控制试验梁不同位置处的应变分布和裂缝的间距,并能提高试验梁的整体刚度,在负弯矩区中能发挥出更好的作用。     

桁架组合梁负弯矩区剪力滞效应分析

为了研究剪力滞效应对空间管桁架组合连续梁负弯矩区翼板应力的影响,对桁架组合梁模型进行反位试验,并将试验结果与ABAQUS有限元进行对比分析。结果表明,空间管桁架组合连续梁的墩支座负弯矩区翼缘板顶面存在着明显的剪力滞效应,且有限元分析值与试验值吻合较好。     

双层连续组合梁桥负弯矩区性能分析

为了研究下层混凝土的厚度对桥面板负弯矩区的影响,本文利用Midas/Civil和Midas/FEA有限元软件,建立杆系加实体的双层连续组合梁桥模型,通过改变负弯矩区下层混凝土的厚度,分析其对箱梁以及桥面板的影响,从而确定使得连续梁桥受力最为合理的下层混凝土厚度。主要结果为随着下层混凝土厚度的增加,箱梁的剪应力和拉应力会随之减小,桥面板的裂缝宽度也会随之减小。当厚度超过400mm时,箱梁的拉应力和桥面板裂缝宽度变化趋于平缓,综合考虑当其厚度在300-400mm之间时其结构受力最为合理。     

钢-混凝土组合梁负弯矩区的承载力与刚度试验分析

文章以大宁河大桥为工程依托,开展了4根不同连接件的钢-混凝土组合梁负弯矩区承载力与刚度试验研究,测得了组合梁负弯矩区的弯曲极限承载能力,弯矩-曲率曲线,荷载-位移变化曲线。分析试验结果得出:采用焊钉和开孔板两种不同的连接件,从加载至破坏三个阶段的受力模式。从承载力和刚度两方面分析,采用开孔板连接件试验梁均大于配置焊钉连接件试验梁。试验结果对探讨钢-混凝土组合梁负弯矩区的细部构造设计,具有一定的参考价值。     

连续组合梁桥负弯矩区混凝土板开裂机理的研究

分析比较了混凝土受拉构件开裂机理与非预应力连续组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板开裂机理的异同，给出了连续组合梁桥混凝土板开裂对组合梁截面力的分配的影响及其与混凝土板平均应变、全截面曲率的关系公式。     

钢-混凝土组合梁负弯矩区设计方法的国内外规范对比分析

钢-混组合梁负弯矩区的计算方法对于连续组合梁设计是重难点,国内外关于该区域的计算方法有较大差异。通过对比中国、欧洲组合梁相关技术规范,发现国内规范均未考虑混凝土拉伸刚化引起的钢筋应力增加。通过对实际工程计算分析,按欧洲规范4计算的钢筋附加应力不可忽略。为以后组合梁负弯矩区设计起到很好的借鉴作用。     

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。     

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。     

组合梁桥负弯矩区U形连接构造有限元分析

针对钢-混组合梁负弯矩区桥面混凝土病害问题,提出一种半刚性连接构造形式即U形钢铰。采用ABAQUS有限元软件建立组合梁数值模型,对U形钢铰连接形式与现有连接构造形式的力学性能进行对比分析,发现U形钢铰连接形式能较好地缓解钢梁屈曲变形和桥面混凝土开裂;为合理确定U形钢铰设计参数,选定钢板厚度、钢板强度及钢梁间距3个参数进行因素分析,结果表明U形钢面刚度和承载力随着钢板厚度、强度增加而增加,随钢梁间距增大而减小,建议钢梁间距取50 mm、U形钢铰厚度取48 mm、材料强度取Q390。     

钢-UHPC-NC组合梁负弯矩区受力性能试验研究

为解决钢-混组合梁负弯矩区混凝土面板的开裂问题,采用薄层超高性能混凝土(UHPC)替代部分普通混凝土(NC),制作钢-UHPC-NC组合梁,对组合梁负弯矩作用下的受力性能进行研究.设计制作了2根钢-UHPC-NC组合梁(21 cm厚的C50混凝土+4 cm厚的UHPC)和1根钢-NC组合梁试件(25 cm厚的C50混凝...     

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.     

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.     

变截面CSW-UHPC组合梁负弯矩区弯曲性能试验研究

为改善常规混凝土波形钢腹板(CSW)组合梁受拉区的受力性能,进一步减小结构重量并推动超高性能混凝土(UHPC)在桥梁工程中的应用,提出一种新型变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构,为研究其基本受力特征,特别是其抗弯与抗裂性能,设计并完成了一片预应力变截面CSW-UHPC组合悬臂箱梁的负弯矩静力模型试验,测试得到试验梁的荷载-应变响应、裂缝开展模式、挠度及破坏荷载等试验结果。依据试验结果对结构的剪力滞效应和钢腹板承剪比进行了研究;并深入研究了CSW-UHPC组合箱梁的抗裂性能和抗弯承载力计算方法;同时,完成了试验梁的非线性有限元分析。结果表明：这种变截面CSW-UHPC组合箱梁表现出良好的受力、变形和抗裂性能;试验梁的悬臂根部截面产生了负剪力滞效应,剪力滞效应越靠近加载点越明显;悬臂端部到根部截面,试验梁腹板承剪比从80.33%逐渐减小至2.15%;试验梁的极限抗弯承载能力和抗裂弯矩的理论值与试验值较为吻合,建议在计算承载力时,k值取为0.1～0.2。研究成果可为变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构的设计与应用提供参考。     

组合梁负弯矩区栓钉焊趾疲劳评定方法

各国规范中,组合梁栓钉焊趾部位通常采用2种疲劳细节分别进行疲劳检算。但在负弯矩处栓钉焊趾往往承受栓钉剪应力循环和钢梁翼缘拉应力循环的共同作用。引入通常用于计算变幅应力疲劳的线性累积损伤理论,对2种应力循环引起的结构同一部位的疲劳进行评定,给出组合梁负弯矩区栓钉焊趾疲劳评定公式。     

钢-混凝土组合梁中支点负弯矩段混凝土预应力施加技术

为给钢-混凝土组合梁中支点负弯矩段混凝土施加预应力,以上海崇明越江通道长江大桥工程B4标段(85十5×105+90)m钢-混凝土组合结构连续箱梁为例,采用先简支后连续配合中支点桥面板滞后结合和支点升降法等措施进行施工.组合梁整孔预制(中支点两侧各约7.5m的混凝土顶板先不结合),运抵现场整孔架设后浇注底板双结合段混凝土,待底板混凝土达到一定强度后起顶组合梁,浇注顶板湿接缝混凝土,然后落梁进行后续施工.监测结果表明,体系转换完成后、二期恒载铺设前各墩墩顶混凝土顶板压应力储备为3.01～4.70 MPa,在二期恒载铺装前桥面线形的实测值与设计值偏差普遍在3 cm以内,墩顶体系转换时应力和线形控制较好.     

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。