钢-UHPC组合桥面板湿接缝界面处理方式

针对钢-UHPC （Ultra-high Performance Concrete）组合桥面板湿接缝处混凝土界面人工凿毛困难的问题,提出环氧树脂处理和高压水枪凿毛等新型界面处理方式。为了检验采用涂刷环氧树脂、高压水枪凿除细骨料和高压水枪凿除粗骨料处理后湿接缝的抗裂性能,进行了UHPC湿接缝足尺模型的轴心受拉试验,并与不设湿接缝的桥面板进行试验对比。通过比较不同界面处理后的UHPC名义拉应力-应变曲线及UHPC名义拉应力-裂缝宽度曲线,分析了3种湿接缝的开裂荷载、裂缝分布,揭示了不同界面处理下的接缝受力机理。试验结果表明：3种界面处理方式的湿接缝破坏形式相同,均是首先在新旧混凝土交界面上出现初始裂缝,随着荷载增加裂缝逐渐发展至贯通,UHPC退出工作,最后钢材受拉屈服达到极限状态。界面采用环氧树脂处理、高压水枪凿除细骨料、高压水枪凿除粗骨料的试件开裂荷载分别为不设湿接缝试件的53.7%、92.2%、81.9%,高压水枪界面处理的湿接缝比起环氧树脂处理的湿接缝具有开裂晚、裂缝发展慢的特点,且高压水枪凿除细骨料比高压水枪凿除粗骨料的界面处理方式更优。通过试验证实了新旧混凝土交界面是桥面板的最薄弱位置,且2种高压水枪凿毛的界面处理方式均能够满足实桥荷载作用下桥面板的抗裂强度要求,在施工条件允许的情况下推荐使用高压水枪凿除细骨料的界面处理方式。     

钢-混凝土工字组合梁桥力学性能的数值分析

以某钢-混凝土工字组合梁桥为工程背景,通过ANSYS有限元软件建立全桥数值模型,研究了该结构体系在二期铺装荷载和汽车荷载作用下的受力性能。研究表明:混凝土桥面板在支座位置处因受到负弯矩作用而产生较大的主拉应力;二期铺装荷载作用下混凝土桥面板横向应力对主拉应力的贡献较小,而汽车荷载作用下的桥面板横向应力不容忽略;两种工况下工字钢主梁的等效应力普遍较低,具备较高的安全储备;除局部产生应力集中外,桁架式横梁、加筋肋等构造构件的应力水平较低,有待于进一步的优化设计研究。     

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。     

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。     

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。     

异形剪力键桥面板湿接缝抗剪承载力试验研究

为抑制钢-混组合梁桥桥面板湿接缝处混凝土开裂,提高该处极限抗剪承载力,提出一种设置于桥面板接缝处呈方台形凸起的异形剪力键.采用加载试验对带异形剪力键桥面板湿接缝试件的力学性能进行研究,并与传统桥面板湿接缝试件的试验结果进行对比.结果表明:相比传统桥面板湿接缝试件,带异形剪力键桥面板湿接缝试件的混凝土材料性能发挥更充分;...     

桥面板干湿混合接缝在组合梁斜拉桥中的应用研究

为提高组合梁斜拉桥混凝土桥面板横向预应力的施加效率,减少桥面板的纵向裂缝,提出一种可在混凝土桥面板与钢横梁结合前施加横向预应力的干湿混合接缝新型桥面构造。以鳌江特大桥为工程背景,采用通用有限元软件ANSYS建立局部有限元模型,计算比较传统湿接缝桥面板和新型干湿混合接缝桥面板的预应力施加效率。在鳌江特大桥上设置试验段应用干湿混合接缝新型桥面构造,现场测试施工阶段混凝土桥面板应力变化情况。结果表明:组合梁斜拉桥采用干湿混合接缝的新型桥面构造,可实现在混凝土桥面板与钢横梁结合前施加横向预应力,横向预应力施加效率提高了约70%,可减少混凝土桥面板纵向开裂;实桥测试中干湿混合接缝桥面板纵横向应力满足规范要求。     

公铁两用桥公路组合桥面板车辆荷载试验

公路桥面板直接承受反复车轮荷载，活载效应大，疲劳破坏风险大，已成为桥梁工程领域不可忽视的问题。为研究新型平钢板-PBL组合桥面板的初始应力状态和长期车辆荷载作用下的活载应力响应，以某新建公铁两用钢桁梁桥为工程背景，利用3轴施工车辆进行单车静载、单车动载和双车并行动载试验，通过预埋钢弦应变计和电阻应变片测量桥梁跨中截面和支墩截面的应变，并建立桥梁有限元模型分析桥面板在各种工况下的受力。研究结果表明：桥梁服役之前跨中截面和支墩截面桥面板分别处于受压和受拉的初始应力状态，支墩截面即使采用分段浇筑拉应变仍达101.8×10^-6,存在较大的开裂风险；车辆荷载在桥面板大部分部位产生附加压应力，但在主桁附近横桥向产生附加拉应力，车辆长期作用下主桁附近桥面板有纵向开裂风险；桥面板各测点的影响线长度较短，大多为20 m左右，小于2个节间长度，试验车辆每次通过产生1个较大的应力循环；活载引起的实测应变幅值最大为34.6×10^-6,考虑弯曲应变沿板厚的分布梯度，相应部位桥面板顶、底面的最大应变幅值为51.9×10^-6,有可能引起疲劳失效；有限...     

斜拉桥Π形主梁桥面板纵向裂缝成因分析

某桥为2×122.5m独塔斜拉桥,主梁为Π形截面预应力钢筋混凝土梁,该桥建成于20世纪90年代,经过多年运营,50号混凝土桥面板普遍出现纵向裂缝。为研究裂缝成因,采用有限元软件计算各种荷载作用下Π形梁桥面板的横向应力,通过荷载试验实测Π形梁桥面板的横向应力和纵向裂缝开展情况,并进行对比分析。结果表明:自重荷载不是桥面板产生纵向开裂的因素;汽车荷载对桥面板纵向开裂有一定的影响,但不是主要原因;按85规范温度梯度计算,桥面板底面未出现横向拉应力,按2015规范正温度梯度计算,桥面板底面拉应力达4.46 MPa,超过现行规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)中有关C50混凝土的抗拉强度设计值,85规范关于温度梯度荷载的规定偏不安全,是导致桥面板纵向开裂的主要原因;横隔梁预应力对桥面板纵向开裂的影响较小。     

正交异性板钢桁结合梁焊接细节疲劳性能分析

对某正交异性板钢桁结合梁的3处构造细节制作了试件,通过静载试验的方式、疲劳试验循环加载和有限元方法相结合研究了它们的疲劳性能。结果表明：桥面板焊接码板疲劳起裂位置在中间部位,裂纹从内部开始扩展,说明此处焊缝较薄弱,其原因在于中间码板部位横截面积较小,在循环荷载的作用下,持续承受较大的拉应力,从而引起构件开裂;U肋与横隔板及桥面板焊接构造最薄弱的部位是U肋与桥面板的焊缝,在疲劳试验中此处最先断裂;桥面板与横隔板及U肋交叉焊缝构造疲劳裂缝由焊趾起裂,然后斜向扩展,主要原因是外荷载作用下焊趾处的横向及竖向应力均较大,在两个方向力的共同作用下,容易产生斜向裂缝。这些由试验验证的薄弱部位应在疲劳设计中引起重视。     

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。     

钢-UHPC轻型组合桥面板局部修补技术试验

为了解决在修补钢-UHPC轻型组合桥面结构的UHPC层破损区域时遇到的UHPC层局部拆除和接缝处理难题,提出了一种通过拉拔UHPC层内钢筋来拆除UHPC破损区域的方法,设计了一种将受力钢筋焊接于钢顶板的新型局部修补接缝形式。为了证明拆除方法的可行性,利用足尺试验模型进行了指定区域UHPC层的拆除试验;为了验证新-旧UHPC接缝的受力性能,完成了纵向接缝、横向接缝的强度试验。结果表明:该拆除方法可以快速完成UHPC破损区域的拆除;新型修补接缝方法通过将接缝位置处的受力钢筋焊接于钢面板,有效提高了接缝的抗拉强度;试验测得接缝在纵桥向、横桥向的开裂应力分别为21.8,17.4MPa,接缝开裂应力分别为现浇段开裂应力的73.4%、63.9%,且明显大于传统接缝9.8MPa的开裂应力;通过对洞庭湖大桥进行有限元计算分析得到UHPC层纵桥向、横桥向的最大拉应力分别为15.4,5.4 MPa,小于接缝的实测抗拉强度,新型修补接缝完全满足该桥UHPC层最大拉应力要求。     

正交异性钢桥面板实桥试验研究与应力分析

本文选取U肋与桥面板连接区域、U肋与横隔板交叉部位、U肋等细节,通过实桥静力试验,结合有限元模型分析,研究正交异性钢桥面板局部应力的大小和分布规律.结果表明:钢桥面板各关键构造细节的应力影响线都比较短,纵向应力主要受两个横隔板间距的影响,横向应力受与其相邻的两个U肋间距内荷载的影响;当车辆通过时,测点会出现多个应力循环;在U肋-横隔板连接焊缝附近,U肋腹板上的应力水平较高;横隔板弧形切口自由边缘两侧应力性质相反,一侧受压、一侧受拉,应力幅值较大,存在疲劳开裂隐患;因此设计中应该对构造细节进行详细研究分析,并注意焊接区域的细部设计与制造,避免疲劳开裂.     

钢-UHPC轻型组合桥面板横向受力性能

为研究一种正交异性钢-超高性能混凝土(UHPC)轻型组合桥面结构,在局部车轮荷载作用下的横向受力性能与横向受力组成,进行了足尺模型静载试验和有限元数值模拟。静载试验对同一足尺模型分别进行了横向简支工况和横向悬臂工况的加载试验,通过边界条件的变化来模拟组合桥面板不同的受力状态,并将试验结果与有限元分析结果进行对比,验证有限元模型的正确性,而后利用有限元模型的分析结果,得到组合桥面板在局部车轮荷载下的横向受力组成。研究结果表明:组合桥面板在车轮荷载作用下,其横向受力局部效应明显,横向应力主要局限于荷载作用区域附近的两道U肋范围内;在车轮荷载影响区域内,由横肋弯曲产生的桥面板整体附加弯矩的影响很小,组合桥面受力以第3体系为主,相应截面弯矩达到了总弯矩的75%,而在其他区域,第3体系受力所占比重迅速衰减,组合桥面受力以第2体系为主;加载至300kN时,组合桥面板受力仍处于弹性阶段,UHPC层顶面最大横向应力达到11.9 MPa仍未开裂,满足设计要求。     

预制桥面板湿接缝的受力特性研究

为了对比研究不同界面处理方式后的预制桥面板高强韧性无收缩钢纤维混凝土湿接缝的受力特性,分别对采用直接浇筑、丙烯酸聚合底涂剂、人工凿毛、人工凿毛+丙烯酸聚合底涂剂四种界面处理方式后的预制桥面板湿接缝进行四点弯折试验,分析不同界面处理方式后截面的荷载-应变曲线。同时结合有限元模型,对预制桥面板的受力情况进行计算与分析。结果表明:采用人工凿毛和涂抹丙烯酸聚合底涂剂的截面处理方式能显著提高预制桥面板湿接缝混凝土的抗开裂性能;通过对有限元模型的计算分析可知,预制桥面板无论初始、极限荷载加载阶段,其湿接缝区域在Y方向的位移最小,X方向的应力均为最大。     

预制桥面板UHPC-U形钢筋湿接缝受力性能试验研究

针对目前装配式组合梁桥预制桥面板湿接缝宽度大、现浇量大的劣势,提出宽度较小的UHPC-U形钢筋接缝。为检验该接缝的力学性能,设计制作3个桥面板试件(JF-1,混凝土整板试件;JF-2,30cm宽UHPC-U形钢筋接缝试件;JF-3,60cm宽普通混凝土-U形钢筋接缝试件)进行静力弯曲试验,对比其极限承载力、抗裂性能及抗弯刚度。结果表明:3个试件的抗弯承载力相近,破坏形态均为剪跨区的弯剪破坏,湿接缝不会削弱桥面板的抗弯承载力;UHPC能显著提高湿接缝的抗裂性能;各试件的荷载～位移曲线基本相同,抗弯刚度基本一致,接缝对试件的抗弯刚度影响较小;试件JF-2、JF-3具有同等的抗弯强度及刚度,可以将UHPC作为湿接缝浇筑材料来减小接缝宽度。     

剪扭复合作用下节段预制拼装桥干接缝剪力键抗剪性能试验研究

为研究剪扭复合作用对干接缝单键齿剪力键抗剪性能的影响,考虑偏载距、正应力水平以及键齿宽高比3种影响因素,设计、制作10组干接缝单键齿剪力键试件进行纯剪试验及剪扭复合试验,分析试件的开裂荷载、极限荷载及破坏形态等.结果表明:干接缝单键齿剪力键抗剪强度随扭矩增大而减小,与受纯剪作用试件相比,当偏载距分别为100 m m和2...     

节段现浇预应力混凝土宽箱梁后浇湿接缝的早龄期受力分析及开裂控制

针对节段现浇预应力混凝土箱梁后浇湿接缝在早龄期因收缩导致的开裂问题,以嘉鱼长江公路大桥为背景,通过试验测试了该桥施工阶段箱梁混凝土早龄期力学性能,得到了箱梁节段混凝土的收缩预测模型。基于此,采用有限元软件Midas/FEA建立了湿接缝及相邻节段箱梁的有限元模型,分析了湿接缝在混凝土收缩作用下的应力场,并对不同的预应力张拉方案进行了分析。结果表明:湿接缝在混凝土收缩和相邻节段约束作用下,其在混凝土浇筑后第3 d在结合面位置由收缩导致的拉应力达到了1.8 MPa,为该龄期混凝土抗拉强度的87%,因此需在此时进行预应力的张拉以降低混凝土拉应力,防止混凝土在早龄期开裂;若湿接缝按常规方案张拉预应力,湿接缝早龄期最大主拉应力均小于混凝土即时抗拉强度,但其28 d最大主拉应力为2.75 MPa,为该龄期混凝土抗拉强度的93%,存在开裂风险;在该文提出的张拉方案下,湿接缝在早龄期最大主拉应力比常规方案降低了22.2%~32%,有效保证了后浇湿接缝在早龄期的抗裂性要求。     

装配式纤维混凝土组合桥面体系试验

针对正交异性钢桥面疲劳开裂,传统沥青混凝土铺装层破损以及纤维混凝土铺装层采用整体现浇施工时需要大面积现场养护等技术难题,提出了一种新型装配式组合桥面体系,即:装配式活性粉末混凝土(RPC)层本体为现浇RPC层,其中嵌合有周围布设企口接头的预制RPC桥面板,并通过剪力钉与正交异性钢桥面板联合成整体,形成组合桥面。为验证该企口接缝的强度,进行了装配式纤维混凝土组合桥面结构模型试验及理论分析。研究结果表明:采用新型钢-RPC组合桥面结构后,钢桥面结构中的拉应力降幅可达49%;当企口接缝处出现肉眼可见的细微裂缝时,与接缝位置对应的同断面现浇RPC强度为12.5 MPa,表明此种接头形式将接缝承受的拉应力部分转化为剪应力,从而有效降低了装配式纤维混凝土组合桥面开裂的风险。     

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。