钢板-混凝土组合桥面板弯曲刚度计算方法研究

为了研究钢板-混凝土组合桥面板的弯曲刚度和变形计算方法,对6块钢板-混凝土组合桥面板试件进行了两点对称集中加载静力试验研究,得到组合桥面板在静载试验下的荷载-跨中挠度试验曲线。考虑到组合桥面板受力性能及构造特点,提出了基于钢筋混凝土受弯构件弯曲刚度计算理论的组合桥面板弯曲刚度的2种简化方法,并分别按照2种简化方法对试验试件在不同荷载水平下的变形进行了计算。计算结果表明,采用这2种简化方法所得到的变形结果与试验结果比较吻合,比一般常用的等效刚度法要准确,建议在工程实践中采用简化计算方法进行组合桥面板刚度计算。     

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。     

考虑桥面板现浇层刚度对连续梁桥静动力性能的影响

进行桥面板现浇层结构计算时,一般不考虑其对主梁刚度的贡献,但实际上现浇层刚度对连续梁桥静动力性能存在影响。为研究影响效果,该文以某连续梁桥(48+80+48)m为例,采用Midas/Civil建立模型,对比分析了是否考虑桥面板现浇层刚度情况下连续梁桥的弯矩、挠度、频率;对比分析了两种桥面板现浇层刚度模拟方式——截面输入和板单元模拟同一桥面板现浇层刚度占比下连续梁桥的弯矩、挠度、频率。经对比研究后发现:①不考虑桥面板现浇层刚度与截面输入模拟桥面板现浇层刚度连续梁桥的挠度、频率相差较大且随着考虑刚度占比增加而增大,弯矩差别可忽略不计;②截面输入和板单元模拟桥面板现浇层刚度的连续梁桥挠度、频率差别较小,弯矩差别较大且随着考虑桥面板现浇层刚度占比增加而增大。在进行桥梁优化设计、旧桥等级评估或者荷载试验时,应考虑桥面板现浇层刚度的贡献。     

矩形钢管混凝土组合桁梁连续刚构桥实桥试验

为了研究矩形钢管混凝土组合桁梁桥这种主梁由矩形钢管混凝土桁架和混凝土桥面板组成的新桥型的力学性能,以中国首座矩形钢管混凝土组合桁梁桥为对象开展了实桥试验。试验桥孔跨布置为24 m+40 m+24 m,结构体系为连续刚构。试验采用400 kN加载卡车3辆,共进行了3个荷载工况12个加载步的加载,对试验桥的整体力学性能、矩形钢管混凝土杆件力学性能以及桥面板有效宽度进行了研究。试验结果表明：在荷载效率为1.90~3.05的超载工况下各控制杆件的轴力-应变及荷载-位移实测数据线性关系显著,试验桥在加载过程中始终处于良好的弹性工作状态;实测受压钢管混凝土下弦杆钢管与管内混凝土荷载的分配符合二者的轴向抗压刚度比例关系;由于矩形钢管混凝土管壁内设置了纵向PBL加劲肋（开孔钢板加劲肋）,其在开孔区域形成混凝土榫,大幅提高了矩形钢管混凝土杆件的抗拉刚度,使其可达受压杆件刚度的80%;两主桁之间桥面板实测有效宽度与既有文献研究结果符合良好,且剪力滞效应在节点处比节间处表现得更为明显。     

预制UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪性能研究

相比现浇混凝土桥面板,全预制混凝土桥面板有诸多优势,能够提高桥梁工程质量、加快桥梁施工速度和降低成本。预制超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)梁和预制UHPC桥面板通过槽口连接形成组合梁是一种新的结构形式,这种槽口式连接的界面抗剪性能会影响全梁整体承载力。通过16个推出试件,研究不同界面抗剪钢筋配筋率、预制梁混凝土类型和预制桥面板混凝土类型、槽口填充混凝土类型对界面抗剪承载力的影响,在试验过程中观测裂缝的发展和破坏模式,记录竖向滑移、水平滑移和试件破坏模式、钢筋应变、极限荷载Vu和残余荷载Vr。试验结果表明:界面抗剪钢筋配筋率对Vu和Vr起主要作用,配筋率为3.7%的界面极限荷载分别是配筋率为2.8%和2.0%的1.06倍、1.20倍;不同的槽内填充混凝土和预制梁混凝土二者共同影响Vu和Vr;预制桥面板混凝土类型对抗剪性能影响不大;钢筋的销栓作用主要受到钢筋直径和混凝土强度等级的影响;通过与AASHTO LRFD 2015和ACI 318规范对比发现,2个规范对UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪承载力估计保守;提出的预制UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪计算公式计算值与试验值吻合较好。     

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。     

GFRP-混凝土组合桥面板的疲劳性能试验研究

为研究现浇GFRP-混凝土组合桥面板的疲劳力学性能,探究组合桥面板的工程适用性,利用疲劳机(型号JAW-500K)完成了一片现浇试件的210万次疲劳荷载试验研究。试件采用粘钢胶掺加砂石的方式处理GFRP和混凝土的界面连接问题,加载方式为组合简支板跨中两点对称单调加载(即四点弯曲试验)。试验测量了一定加载次数后试件的跨中挠度、端部滑移和跨中截面沿高度方向的应变等结果,观察记录了裂缝数量和其对应荷载,分析了试件的刚度、应变分布和界面相对滑移等。疲劳试验完成后对组合板进行静载破坏试验,进一步分析了组合板的剩余承载力和界面相对滑移等。研究表明,该组合桥面板疲劳加载过程中刚度缓慢降低至稳定状态,剩余承载力相较于静载试件仅稍有降低, I型粘钢胶和砂石作为界面材料基本可以保证混凝土和GFRP板的整体性,弯剪区表观裂缝数量少。该组合桥面板刚度变化稳定,剩余承载能力折损小,界面抗滑移效果显著,抗裂性好,是一种抗疲劳性能良好的组合板形式,可为同类桥梁设计提供参考。     

预制拼装联接件形式对桥墩抗震性能的影响

为研究采用灌浆套筒和灌浆金属波纹管2种联接件形式预制拼装混凝土立柱的抗震性能,初步验证上海市新建嘉闵北城市高架桥梁工程预制拼装桥墩的设计合理性,以2根采用不同联接件形式的预制立柱试件为研究对象,1根现浇试件作为对比,进行拟静力试验研究。3根试件的剪跨比相同,缩尺比均为1∶3。试验中水平向荷载采用单轴低周往复加载,荷载以位移控制的形式分级施加。每个荷载等级包括3个循环,各试件在相同的恒定轴向压力作用下水平循环加载直至破坏。通过定性试验观察和定量数据分析,比较了2类拼接构造下预制混凝土桥墩的破坏形态、损伤部位,并从滞回曲线、骨架曲线、刚度、延性、耗能、残余变形等方面描述了试件的抗震性能。结果表明:联接构造设置于承台内的灌浆套筒联接和灌浆金属波纹管联接的预制拼装桥墩在破坏时损伤均集中在立柱与承台接缝处;波纹管联接构造的位移延性较好,等效阻尼比略高,套筒联接构造的残余变形较小,等效刚度较大;2种新型预制拼装桥墩的各项性能参数与现浇试件大体相近,均可满足中高强度地震区域的抗震要求。     

超高性能混凝土组合钢桥面承载性能试验研究

为了解超高性能混凝土组合钢桥面在静力作用下的裂缝扩展情况和承载能力,以某长江大桥正交异性钢桥面板构造细节为背景设计试验梁(单U肋),采用有限元分析和模型试验的方法研究超高性能混凝土组合钢桥面在静力加载过程中的裂缝扩展形态和位移、应变的变化规律。结果表明:加载至13%极限荷载时,中横隔板顶面附近观测到裂缝;达到极限荷载时,裂缝最大宽度达0.15mm;超高性能混凝土与钢结构能够协同工作;加载过程中超高性能混凝土的抗裂性能良好,达到极限承载能力时,钢结构先发生屈曲;在设计荷载作用下,超高性能混凝土铺装层能够满足耐久性要求,组合钢桥面具有较大的静力承载能力富余度。     

体外预应力节段预制胶拼梁抗弯极限承载能力模型试验研究

为研究体外预应力节段预制胶拼梁的抗弯极限承载能力和破坏模式,以某3×30m一联连续箱梁桥为背景,以偏不利的实桥中跨为研究对象,根据相似理论,设计制作了一跨缩尺比为1∶3的10m简支工字型试验梁,按照设计承载能力极限状态跨中最大正弯矩荷载组合和活载超载2个阶段进行了分级加载试验。结果表明:跨中最大正弯矩工况下,梁体强度和刚度满足设计要求,结构整体受压,处于弹性受力状态;超载工况下,梁体底板逐渐消压,跨中附近接缝截面底板开裂,随后裂缝逐渐变宽并竖直向上延伸,直至荷载超过接缝截面抗力设计值后,顶板局部混凝土压碎,而钢绞线未屈服;体外预应力节段预制胶拼梁具有较大的抗弯极限承载能力,可能发生的破坏模式为跨中附近接缝截面顶板混凝土受压破坏。     

环形钢筋互插带托板湿接缝疲劳性能试验

为简化桥面板湿接缝现浇作业,提出一种环向钢筋互插带托板湿接缝.由于桥面板主要承受往复受车辆荷载,以试验方法对该湿接缝的疲劳性能进行研究,在疲劳试验各主要时刻停机进行了静载试验研究.试验发现,疲劳加载过程中构件的刚度基本未发生变化,且未产生明显裂缝;对比疲劳试验过程中的静载试验结果,发现构件的刚度并未发生明显变化;疲劳加载后进行的静载试验与对照组试验相比,均在湿接缝与预制桥面板之间的交界面处发生破坏,且构件的强度并未发生明显的变化.     

斜拉体系加固东明黄河公路大桥主梁锚固区段模型试验研究

东明黄河公路大桥是采用斜拉体系加固的大跨径预应力混凝土连续刚构桥,为研究新增索力作用下新增的钢托梁、钢托架及主梁锚固区段箱梁局部的受力性能,选取距跨中截面22.15m长索锚固端9m混凝土箱梁建立缩尺模型,对节段模型静力加载至2.5倍设计索力时的静力强度和挠度进行测试,分析试验模型在对称加载和偏载作用下的静力力学特征。试验结果表明:对称加载至设计索力和偏载至1.1倍设计索力时,混凝土箱梁受力性能良好,钢托梁抗弯刚度可靠,结构处于线弹性阶段,可以用线弹性理论进行分析;随着荷载的继续增大,钢托梁悬臂根部最先达到屈服应力,挠度曲线呈非线性特征,塑性变形明显;达到2.5倍设计索力时,钢托梁多点应力屈服,混凝土箱梁受力性能良好,钢托架具有足够的安全储备,钢托架锚固性能可靠,但高强度螺栓预紧力损失较大。     

底面外贴钢筋加固混凝土梁抗弯性能试验研究

通过1根控制试验梁与5根加固梁的静力试验,对底面外贴钢筋加固混凝土梁的抗弯性能进行试验研究.讨论加固试验梁在不同加固技术参数下(增补钢筋面积、锚栓布置与数量)的裂缝开展、刚度变化和承载力提高等情况,并分析各参数因素对试验梁加固的影响规律.试验结果表明:底面外贴钢筋加固试验梁经加固后其开裂荷载、刚度和抗弯承载力均显著提高;从跨中截面的混凝土应变规律可知,正截面应变符合平截面假定.提出外贴钢筋加固混凝土梁正截面抗弯承载力计算公式,由该公式计算的正截面承载力计算值与试验值吻合良好.     

宜宾盐坪坝长江大桥宽桥面组合梁设计

宜宾盐坪坝长江大桥为主跨480 m的混合梁斜拉桥,中跨为钢混组合梁、边跨为预应力混凝土梁,钢混结合段设置在索塔附近中跨侧10.5 m处,中跨桥面宽度为40 m,双向6车道。钢混组合梁由钢主纵梁、钢横梁、小纵梁、预制桥面板、现浇桥面板几部分构成。通过分析研究,钢混组合梁采用双钢箱梁+混凝土桥面板断面型式,外侧腹板处高度为3.5 m,桥轴线处高度为2.9 m;节段长度为10.5 m、11.1 m,合龙段长7 m,钢横梁间距为3.5 m、3.7 m;混凝土桥面板厚度为26 cm,索塔附近加厚至28 cm,腹板附近局部加厚至40 cm;索梁锚固采用钢锚箱,设置在钢箱梁内部。空间计算结果表明:钢主纵梁、混凝土桥面板、钢横梁的应力均控制在合理范围内;汽车荷载作用下,主梁竖向挠度最大值为-340 mm,刚度满足要求。     

考虑施工过程的钢箱—混凝土组合梁桥的徐变效应分析

采用ANSYS建立3×50 m的桥梁实体有限元模型，并基于按龄期调整的有效模量法和有限元增量法，使用徐变准则进行徐变等效计算，在考虑施工过程后研究预制板加载龄期为90 d的钢混组合梁桥的徐变效应，并对比预制和现浇两种不同施工方法的桥梁徐变效应。研究结果表明，桥面板中支点负弯矩区徐变应力储备是边支点的7.8倍；跨中徐变应力纵向分布为边跨>中跨，而横向呈现“两边大，中间小”的规律；支点截面呈现明显的正剪力滞现象，且外侧腹板处徐变应力为内侧腹板处的3.5倍。同时，相较于整体现浇桥面板，预制桥面板的边跨正弯矩区徐变应力显著减小，采用龄期180 d的预制板时应力减少了45%;预制比现浇桥面板的剪力滞现象更明显，支点截面龄期180 d的预制板腹板应力为现浇的4.3倍。     

赤壁长江公路大桥主桥主梁设计

赤壁长江公路大桥主桥为跨度布置(90+240+720+240+90)m的双塔双索面斜拉桥,桥面全宽36.5m。主梁采用结构刚度大、抗风稳定性好、桥面铺装耐久性好的结合梁。对比双边工字钢、双边箱、开口箱及PK箱4种截面形式钢主梁的截面特性,最终采用受力满足要求且预应力施加效率较高的双边箱截面钢主梁。钢主梁底板既变宽又变厚。钢主梁连接采用栓焊混合的方式,其顶板采用焊接、腹板和底板采用栓接。混凝土桥面板标准段厚度采用26cm。边跨采用加厚桥面板的方式进行压重,边跨桥面板厚度采用59cm,桥面板厚度过渡位置设在次边跨距离辅助墩22m处。索梁锚固采用锚拉板形式,为提高主梁截面宽度利用率,将锚拉板布置于钢主梁外腹板正上方。     

某工型组合梁桥预制桥面板病害成因分析

某桥工型组合梁使用预制桥面板。成桥后检查发现桥面底板底面出现开裂。根据桥面底板的设计构造和规范,验算桥面板底板设计构造。从计算结果可见,工型组合梁支点截面预制桥面板承担的弯矩大于跨中截面预制桥面板承担的弯矩。说明预制桥面板验算时的控制截面与主梁设计有所不同,在设计中应引起注意。     

粗骨料活性粉末混凝土预制桥面板湿接缝受力性能研究

粗骨料活性粉末混凝土(CA-RPC)桥面板是一种新型高性能桥梁构件,文中对其结构行为开展试验研究和数值仿真分析。对带湿接缝CA-RPC桥面板试件和无接缝桥面板试件进行四点弯曲加载的对比试验,得到全过程荷载-位移曲线;在三维有限元模型中通过引入牵引-分离本构关系,进行加载全过程数值仿真分析。研究表明,相比于整块预制桥面板,带湿接缝的CA-RPC预制桥面板的抗裂性、极限承载能力,以及延性均有所降低;有限元模型中材料特性和接触关系的合理设置,可较好地模拟CA-RPC预制桥面板的力学性能。结合试验结果和相关规范,提出了CA-RPC预制桥面板及其湿接缝区域的抗弯承载力计算方法。     

体外预应力FRP-混凝土组合梁受力性能研究

体外预应力FRP-混凝土组合梁是在体外预应力钢-混凝土组合梁的基础上,分别采用GFRP型材替代型钢、GFRP筋替代钢筋、CFRP筋替代预应力钢筋而形成的一种新型组合梁。开展了体外预应力FRP-混凝土组合梁(分别采用工程中常用的2种抗剪连接方式,即双排FRP开孔板连接件与环氧粘结)在单调静力荷载下的受力性能试验研究。试验表明:2种组合梁的破坏均发生在FRP型材上翼缘与混凝土板的连接界面处,破坏时2种组合梁的混凝土板均未被压碎,CFRP筋的应变值远低于其极限应变;2种组合梁的荷载-跨中挠度曲线均大致为线性;采用环氧粘结的组合梁的最大跨中弯矩为136.5kN·m,对应的梁端截面处FRP型材与混凝土板之间的滑移为0.69mm,相比之下,采用开孔板连接的组合梁的最大跨中截面弯矩为109.7kN·m,此时梁端滑移值则为0.75mm,这是由于双排FRP开孔板连接件的抗剪承载力与抗剪刚度较低所致。试验测得的组合梁极限承载力与参照《钢结构设计规范》(GB50017-2003)的计算值吻合良好。     

曲线双工字钢-混凝土组合梁桥弯扭性能1∶2模型试验

为探究连续曲线双工字钢-混凝土组合梁桥在弯扭组合作用下的力学性能，设计了一座曲线半径为200 m,跨径布置为17.5 m+17.5 m的连续曲线组合梁桥模型，并进行了静载试验，包括两点偏心弹性加载及四点对称破坏加载。试验测试了模型桥荷载-挠度关系曲线，控制截面钢梁、桥面板及钢筋应变分布，记录了模型桥的破坏过程及特征荷载，混凝土桥面板裂缝分布及裂缝宽度。结果表明：对称荷载作用下，曲率效应使外弧侧结构受力更不利；加载截面、中支点截面钢梁翼缘屈服后，第2跨加载点外弧钢梁腹板发生剪切屈曲，截面塑性转动能力受到钢板局部屈曲的限制；中支点桥面板裂缝分布范围超过计算跨径±20%;模型桥第2跨外梁破坏后，其他结构仍能继续承载，内弧侧结构延性指标远小于外弧侧，模型桥横桥向具有冗余性；竖向荷载作用下，模型桥弹性阶段截面正应力主要由弯曲正应力和约束扭转翘曲正应力组成，此外，钢梁下翼缘存在额外的横向弯曲正应力；最后，给出了钢梁下翼缘横向弯矩简化计算方法，并基于Vlasov薄壁结构理论，提出了双工字钢-混组合梁桥约束扭转截面特性计算方法。