钢-UHPC桥面板湿接缝负弯矩试验研究

某斜拉桥的次边跨和中跨的桥面板采用8 mm平钢板+15 cm UHPC层+PBL剪力键的新型组合体系.桥面板预制段UHPC依靠阶梯式燕尾榫湿接缝连接.为研究该组合桥面板湿接缝的负弯矩静力性能,制作足尺模型试件进行试验.通过施加荷载,测量各级荷载下桥面板试件的位移、应变,并观测裂缝,获得荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、裂...     

千米级钢-UHPC组合桥面板开口断面组合梁斜拉桥力学性能研究

为克服传统钢-混凝土组合梁斜拉桥自重大、跨越能力不足等缺点,解决钢主梁斜拉桥正交异性钢桥面板抗疲劳性差、铺装易损等问题,提出了主跨1 000 m钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板开口断面组合梁斜拉桥试设计方案;分析了组合梁斜拉桥静力性能及抗风性能;探索了主梁高度H、主梁宽度B、桥面钢顶板厚度t_steel、UHPC面板标准厚度t_UHPC、UHPC弹性模量E_UHPC、钢梁下翼缘板厚度t_f等对组合梁斜拉桥静力性能的影响规律及设计主要控制因素。结果表明：UHPC材料大幅提升了组合桥面板的抗压强度和抗裂强度,试设计方案满足结构静力强度要求,且采用较薄的UHPC面板能有效减轻主梁自重;钢梁压应力为主梁静力设计主要控制因素,增加主梁高度或钢梁下翼缘板厚度可有效降低钢梁压应力;采用钢-UHPC组合桥面构造的千米级开口断面组合梁斜拉桥可满足国内部分区域对桥梁颤振稳定性的要求。     

基于扩展有限元的钢-STC组合桥面开裂性能研究

采用H型钢-超高韧性混凝土(STC)板的组合结构形式可有效改善传统正交异性钢桥面-超高韧性混凝土组合桥面结构中存在的结构疲劳开裂问题。为了研究不同结构参数对H型钢-STC组合桥面结构开裂性能的影响规律,基于ABAQUS以及扩展有限元方法(XFEM)建立了考虑裂纹扩展的组合梁有限元模型,对不同桥面板厚度、配筋率条件下开裂性能以及延性的变化规律开展了有限元模拟研究。研究结果表明,与采用普通混凝土(C50)相比,不同混凝土板厚度条件下,采用STC对开裂强度与延性的提升效果最大分别为175.0%与446.3%,而不同配筋率条件下的提升效果最大可达205.1%与1 330.3%。为H型钢-STC组合桥面结构在实际桥梁工程中的应用提供相应的技术支撑与建议。     

钢-超薄UHPC层轻型组合桥面性能研究

提出一种钢-超薄UHPC(Ultra-High Performance Concrete)层轻型组合桥面,既使得该组合桥面能运用于铺装层较薄的桥面结构,又降低了正交异性钢桥面的疲劳开裂风险,避免了沥青铺装的病害问题。以某大桥为工程背景,从有限元分析和试验两方面对此结构的性能进行研究。结果表明:35 mm UHPC层对正交异性钢桥面板受力性能改善明显,顶板应力幅下降达到68.72%,U肋和横隔板接近14.74%~34.11%,可大大降低钢桥面板疲劳开裂风险。试验得出的UHPC层横桥向开裂强度26.3 MPa,大于有限元计算下车辆荷载作用产生的最大应力7.36 MPa,证明了此组合桥面结构的可行性。     

双波形钢-RPC组合正交异性桥面板受力性能分析

为了解决传统正交异性钢桥面板在车辆荷载反复作用下引起的桥面板破坏的问题,引入了一种新型正交异性桥面板结构:双波形钢-超高性能活性粉末混凝土(RPC)组合正交异性桥面板结构体系。以岳阳洞庭湖大桥的桥面板为研究背景,应用有限元软件ABAQUS建模分析,研究结果表明,双波形钢板可以显著提高桥面系结构的抗弯承载力和刚度;在弹性阶段,是否考虑界面滑移效应对结构承载力影响不明显,在塑性阶段,是否考虑界面滑移效应对结构承载力影响显著;双波形钢板与RPC层两者协同受力较好。     

长寿命UHPFRC组合钢桥面板研究综述

从三方面归纳与剖析了超高性能纤维增强水泥基(UHPFRC)复合材料组合钢桥面板的研究进展,包括强韧性组合层选材、界面传力机制与损伤累积机理、设计方法与工程应用;总结了纤维类型、纤维掺量对UHPFRC轴拉性能和抗弯性能的影响规律,确定了支撑组合钢桥面板结构分析的多种本构模型;对比分析了热连接、冷连接和混合连接组合界面设计方式的技术特点,归纳了胶粘界面、冷连接剪力键界面与混合连接界面的传力机理试验与理论研究成果;总结了基于冷连接设计理念的组合钢桥面板在合理构造、设计方法、规范规程与工程实践等方面的研究成果,并探讨了长寿命组合钢桥面板的创新与发展方向。研究结果表明：单一或混杂纤维的掺入综合提升了UHPFRC的应变强化能力、弯曲变形能力、抗断裂能力、裂缝宽度控制能力和抗疲劳性能,轴拉条件下UHPFRC三线型简化本构模型有力支撑了组合钢桥面板的设计计算,弹塑性损伤本构模型可描述不可逆疲劳损伤累积;验证了冷连接组合界面的增韧效果与可靠性,新型剪力键既可以提高组合效应,也能增韧UHPFRC层,混合连接界面具有降低界面局部应力集中、提高整体界面抗剪刚度、改善界面传力、提升施工效率等综合技术优势,内聚界...     

新型正交异性钢板-STC组合桥面结构研究与应用

为综合解决钢桥面体系中正交异性钢桥面结构疲劳开裂和沥青混凝土铺装层易损两种病害问题,本文提出了新型正交异性钢板—超高韧性混凝土(STC)组合桥面结构,基于广东省肇庆市马房大桥,开展了新型正交异性钢板—STC组合桥面结构足尺模型试验。试验结果表明,STC具有良好的抗拉性能,其最大拉应变达到955με而未出现开裂,因而能够适应马房大桥上的受力状态。2011年,新型正交异性钢板—STC组合桥面结构成功应用于马房大桥第11跨,各道施工工序均方便可行,且现浇的STC层经高温蒸汽养护后,未出现任何收缩裂缝。同时,实桥检测表明,增设STC层后,桥面系的局部刚度显著提高,车载引起桥面系构件中的局部应力降低了80%—92%,将有助于提高桥面系的抗疲劳寿命。     

正交异性钢桥面板焊接接头疲劳评估方法

传统正交异性钢桥面板疲劳性能评价方法评估精度不足,为准确评估其焊接接头的疲劳性能,基于线性累积损伤理论,探讨了结构应力法、切口应力法用于正交异性钢桥面板焊缝疲劳性能评估的可行性和准确性.以典型正交异性钢桥面板为研究对象,采用足尺模型试验和仿真分析,并结合已有试验数据对上述评估方法进行验证.研究结果表明:与结构应力法相比,采用切口应力法或传统名义应力法评价正交异性钢桥面板的疲劳性能时,评价结果的离散性大;采用结构应力法(离散度为3倍标准差的主S-N曲线时)更准确,适用于正交异性钢桥面板焊接接头疲劳性能评估.      

钢混凝土连续组合梁负弯矩区抗裂设计优化研究

虽然钢混凝土连续组合梁桥在支座处负弯矩区混凝土桥面板处施加了预应力,但仍然存在桥面板拉应力过大导致混凝土开裂的问题。为解决这一难题,以山东省广饶县小清河特大桥2 号主桥为例,在对钢混凝土连续组合梁桥的设计难点及其相关技术措施进行评价的基础上,基于部分组合技术及桥面板混凝土分步浇筑技术,对钢混凝土连续组合梁桥的支座处负弯矩区的受力性能进行优化设计。基于Midas Civil 有限元模型,重点对该组合梁桥负弯矩区的抗裂性、支点反力及全桥刚度进行研究。研究结果表明:同时使用部分组合技术和桥面板混凝土分步浇筑技术,桥梁营运期内负弯矩区混凝土桥面板始终受压;仅采用部分组合技术或桥面板混凝土分步浇筑技术,桥梁营运期内负弯矩区混凝土桥面板受到拉应力作用,且拉应力较大。由此可知,综合使用部分组合技术和桥面板混凝土分步浇筑技术,可以有效降低钢混凝土连续组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的拉应力,防止混凝土桥面板开裂,改善桥梁耐久性。     

波形顶板-UHPC组合桥面板优化设计

为解决正交异性钢桥面板的疲劳问题,从其根本原因和提高其抗疲劳性能的基本途径出发,提出一种新型波形顶板-UHPC（超高性能混凝土）组合桥面板结构体系.确定影响新型桥面板受力特性的主要参数及其合理取值范围,使用基于BP（back propagation）神经网络的优化设计模型对结构进行优化设计,就所优化的结构尺寸进行疲劳性能测试.研究结果表明:该结构能大幅减少桥面板结构中的几何构型不连续部位数量和焊缝数量,显著提高顶板局部刚度;波形钢板高度、顶部和底部水平段宽度是结构受力性能的重要影响参数;基于BP神经网络的优化设计模型适用于该类桥面板结构的优化设计,最大误差为4.4%;新的结构体系具有良好的疲劳性能,疲劳寿命超过200 a,为正交异性钢桥面板的疲劳问题提供了较好的综合解决方案.