钢-FRP桥面板结合梁桥剪力连接件的试验研究

FRP桥面板具有优越的性能，与钢梁结合形成的钢--FRP桥面板结合梁桥有着良好的应用前景。通过试验提出一种经济有效、施工便利的梁、板连接方式，对其进行了疲劳试验。试验结果表明该连接方式的承载能力和疲劳性能均满足AASHTO规范的要求。得到了FRP板中栓钉连接件承载力的计算公式，并应用于实际工程，为钢—FRP板结合梁桥的推广应用作出了前期的研究工作。     

组合梁斜拉桥桥面板纵向抗裂措施研究

为增强组合梁斜拉桥混凝土桥面板抗裂性能,以某在建主跨320m的双塔双索面组合梁斜拉桥为背景进行抗裂措施研究。采用ANSYS软件建立三维有限元模型,分析张拉桥面板横向预应力筋工况下混凝土桥面板、钢主梁应力以及焊钉剪力,并计算改变焊钉直径、采用柔性焊钉与改变湿接缝施工顺序后的横向预应力施加效率。结果表明:仅改变焊钉直径或采用柔性焊钉对横向预应力施加效率影响很小;相比于原设计方案(湿接缝全部施工完成后张拉横向预应力,Φ22mm普通焊钉),主纵梁或横梁与桥面板滞后结合将导致局部焊钉受力增大,焊钉剪力增大86%～130%,应用柔性焊钉后,可有效减小该效应;主纵梁、横梁与桥面板滞后结合后,施加效率可提高7%～30%,而仅主纵梁与桥面板滞后结合对施加效率影响很小。主纵梁、横梁与桥面板滞后结合,并在小纵梁布置柔性焊钉连接件的方案最有效,预应力施加效率达88%以上。     

正交异性钢-UHPC组合桥面板剪力连接件抗疲劳性能分析

以某特大桥为依托,采用有限元方法计算了大桥钢箱梁节段模型中,正交异性钢-UHPC组合桥面板在轮轴荷载作用下其剪力连接件在横桥向间距由原设计的150 mm增加至300 mm时的应力分布特征及应力影响面;基于雨流法和Miner疲劳损伤累积理论,计算了组合桥面板剪力连接件在设计疲劳荷载下的等效应力幅与疲劳累积损伤度。结果表明,优化后的剪力连接件抗疲劳性能满足规范要求。在此基础上,研究了组合桥面板剪力连接件的直径、间距对其疲劳性能的影响,结果表明,栓钉剪力连接件的直径由13 mm增大到19 mm时,剪力连接件的应力幅值及抗疲劳性能基本保持不变;剪力连接件的横向间距由300 mm增加至600 mm,纵向间距由200 mm变为400 mm时,其应力幅值普遍有所增大,但依然满足在大桥设计寿命期内抗疲劳设计使用要求。     

芜湖长江大桥整体模型(施工阶段)试验研究

通过芜湖长江大桥斜拉桥整体模型试验，研究了板桁组合结构斜拉桥施工阶段动静力特性，分析了上弦杆与桥面板应力分布，板桁之间机理及板桁共同工作特点，分析表明，芜湖长江大桥桥面板轴向力主要由上弦杆剪力钉传递，施工阶段其剪力滞后问题不突出。     

新型钢混螺栓连接件抗剪性能试验

在钢混组合梁桥中,为实现混凝土板与钢主梁的装配式连接,提出一种主要由长螺栓、短螺栓及螺栓连接套筒组成的新型钢混螺栓连接件,该螺栓连接件的最大优势为易于混凝土板的拆卸。设计并开展新型螺栓连接件推出试验（3组试件）,并分析各直径螺栓连接件的剪力-滑移曲线特征及相应推出试件的破坏形态;研究新型螺栓连接件的抗剪承载力、峰值滑移及抗剪刚度等力学性能,并与焊钉连接件相应的力学性能进行比较。研究结果表明：推出试验中新型螺栓连接件的破坏形态均为螺栓杆被直接剪断,螺栓连接套筒下侧混凝土仅出现微小裂纹,混凝土无压溃剥落现象;新型螺栓连接件的抗剪承载力约为螺栓杆抗拉强度的80%;钢混结合面的峰值滑移随螺栓直径的增大而增加,M27螺栓连接件的峰值滑移接近6 mm;螺栓连接件的抗剪刚度主要受螺栓杆和螺栓孔间隙的影响,随间隙的增大而减小;在钢混组合梁桥中应用该新型螺栓连接件时,为减少螺栓连接件的使用数量,推荐采用较大直径的螺栓连接件。     

桥面板徐变效应对组合箱梁桥剪力钉力学行为的影响

钢—混组合梁桥中桥面板通过剪力钉连接。以某三跨一联钢—混组合连续箱梁直桥为例,使用ANSYS建立全桥精细化实体模型,模拟桥梁的分阶段施工,对比了预制桥面板与现浇桥面板徐变效应下剪力钉内力,并分析了预制桥面板存放时间对其的影响及其在成桥10年间的时间历程。研究表明,桥面板采用现浇施工时,剪力钉横桥向徐变内力较采用预制桥面板时有不同程度的增大,在每跨支点区域增量可达其徐变内力值的25%～30%,而跨中区域增幅较小;桥面现浇对剪力钉顺桥向徐变内力有一定的“卸载”作用,全桥剪力钉顺桥向徐变内力均减小并且在两侧支点处减幅最大,可达25%,而跨中区域剪力钉减幅不明显。若采取预制桥面板,可通过延长预制混凝土板龄期来减小成桥阶段剪力钉的徐变内力,但这种方法对早期混凝土较为有效,经综合比较认为预制存放龄期为180 d较为合理。混凝土徐变速率在成桥初期较大,而后逐渐降低,成桥前2年桥面板徐变可完成80%～90%;作为累计内力的剪力钉徐变内力,在成桥前2年可达总徐变内力的90.2%,而后由于混凝土徐变速率缓慢,剪力钉内力变化不大。     

轻型组合桥面板层间剪应力计算及栓钉连接件的布置设计

以洞庭湖二桥轻型组合桥面板为工程背景,在分析局部轮载对轻型组合桥面板层间剪应力影响的基础上,提出了纵向层间剪应力的简化计算模型——悬臂叠层梁模型,基于悬臂叠层梁模型得到的纵向层间剪应力比有限元值大30.4%;同时修正了基于简支叠层梁模型的横向层间剪应力计算方法,得到的横向层间剪应力解析值比有限元值大1.5%。最后,进一步提出了轻型组合桥面板中栓钉连接件剪力的计算模型,用以指导栓钉连接件的布置设计。     

钢板组合梁桥面板预应力参数分析及优化

针对双工钢板组合梁桥,开展负弯矩区桥面板预压应力的影响参数研究,探索提高预压应力的设计与施工方法。通过建立实体有限元模型,对比分析各参数情况下成桥状态与徐变30年后的状态,研究表明:剪力连接件在常规设计情况下,对成桥应力影响较小;墩顶取消剪力连接件、纵向缩小墩中心线两侧剪力连接件的距离,将通长束优化为墩顶束,可以提高桥面板永存预压应力,提升幅度0.3～0.8MPa;支点预顶升回落的工艺可以大幅度提高成桥应力及永存预压应力,提升幅度2MPa左右。研究结论可用于双工钢板组合梁的设计优化。     

钢—混组合梁斜拉桥现浇混凝土桥面板关键设计技术研究

为研究钢-混组合梁斜拉桥现浇混凝土桥面板连接界面受力性能及桥面板抗裂性能,以主跨147m的六塔钢—混凝土组合梁矮塔斜拉桥为研究目标,通过数值模拟的方法,对现浇桥面板的钢-混组合梁界面剪力栓钉参数敏感性和现浇桥面板抗裂性能等两方面进行分析研究。结果表明:随着剪力钉间距的加大,剪力钉承担的剪力增大;随着剪力钉刚度的增大,剪力钉承担的剪力增大。在二期恒载和活载作用下,剪力钉横向和顺向剪力分布趋势基本一致,横向剪力均较小,顺向剪力均从梁端向支点处变大;收缩及温度作用下,横向剪力沿跨度方向分布均匀,纵向剪力除端部较大外,跨中处剪力值较小。分析桥面板的抗裂性能时,必须综合考虑桥面板的总体和局部计算结果的叠加效应。     

武汉二七长江大桥6×90m钢-混组合连续梁设计

为满足武汉二七长江大桥非通航孔深水区行洪、景观等要求,采用结构简单、受力合理及施工便捷的设计思路对非通航孔深水区桥梁进行设计。该深水区桥梁采用6×90m钢-混组合连续梁结构,主梁由下层的钢槽梁和上层的预制混凝土桥面板通过剪力钉连接而成。综合考虑施工环境及多种方法的优缺点,并通过计算确定采用升降主墩及临时墩支承高度的方法降低支点负弯矩区混凝土桥面板拉应力;预制桥面板按带裂缝工作的钢筋混凝土构件设计,横向为整体;从便于施工的角度细化了钢槽梁的构造;桥面板与钢槽梁间采用纵向结合方式,剪力钉数量根据受力变化范围分段布置。     

集簇式焊钉连接件抗剪承载力试验及计算方法

为了深入研究集簇式焊钉连接件的抗剪性能,结合装配式钢混组合桥梁焊钉连接件布置特征,以焊钉层间距和焊钉排数为变化参数,设计并完成了5组共10个焊钉连接件的静力推出试验,并建立了25组集簇式焊钉连接件精细化有限元模型,提出了同时考虑焊钉层间距和焊钉排数引起的群钉效应的单钉抗剪承载力折减系数计算公式。试验和分析结果表明：集簇式焊钉连接件受剪作用下由于各排焊钉之间剪力传递的不均匀性出现分批剪断现象,焊钉层间距较小时,各层焊钉之间混凝土破坏区域发生重叠,削弱了焊钉的抗剪承载力;与单钉连接件的荷载-滑移曲线特征不同,集簇式焊钉连接件持荷段较长,呈现出较好的延性,其破坏阶段呈阶梯状分布规律,验证了各排焊钉之间的承剪不均匀现象;单钉平均抗剪承载力随焊钉层间距增大而增大,随焊钉排数的增加而减小,当焊钉层间距超过8d时,可忽略其对抗剪承载力的影响;受预制桥面板预留剪力槽孔尺寸限制,装配式钢混组合桥梁常用的集簇式焊钉连接件层间距取值为4d～8d,排数取值为3r～7r;基于推出试验和有限元参数分析结果提出了同时计入焊钉层间距和焊钉排数的集簇式焊钉连接件抗剪折减系数实用计算公式,可为装配式钢混组合桥梁中集簇式焊...     

港珠澳大桥集束式剪力钉钢-混组合连续梁施工技术

港珠澳大桥浅水区非通航孔桥采用85m钢-混组合连续梁桥形式,组合梁采用单箱单室等高连续梁,由开口钢箱梁和混凝土桥面板通过剪力钉连接而成,剪力钉采用集束式布置,桥面板在剪力钉处设置预留槽。钢箱梁采用"无马"焊接成整孔大节段,整孔打砂和涂装;混凝土桥面板采用整体式台座模板预制,施工缝采用洗毛工艺施工;按钢箱梁预拼时的预拱度线形进行钢箱梁与混凝土桥面预制板组合,采用高弹性防腐橡胶条和环氧砂浆材料进行密封和粘接;组合梁采用大型运架一体船进行整孔运输、逐孔安装架设;钢箱梁接口在墩顶进行配切和对接焊接,完成简支变连续体系转换。     

大跨径斜拉桥索塔锚固构件抗剪性能研究

针对大跨度斜拉桥的索塔锚固区连接件选取栓钉和PBL剪力键（开孔钢板连接件）的抗剪切性能进行对比分析。设计出一种梁式加载试验装置来替代传统的推出试验,以此更为真实反映出索塔锚固区结构的钢牛腿的剪力键受力情况,通过对栓钉和PBL剪力键的荷载—滑移量曲线、抗剪切刚度以及极限抗剪切承载力等方面对两种剪力键进行分析最终得出：与栓剪力键相比,PBL剪力键具有极限承载力高,抗剪切刚度大等优点,PBL剪力键的单孔极限承载力比栓钉高出43.66%,PBL剪力键最大滑移量仅有0.08 mm,少量的PBL剪力键能够替代大量栓钉剪力键达到相同的承载效果。     

钢-混凝土组合桥面板计算分析

钢-混凝土组合桥面板是通过剪力连接件将混凝土和钢梁结合在一起的一种新型组合结构。以某一特大跨度悬索桥钢-混凝土组合桥面板为例,介绍了钢-混凝土桥面板设计的基本方法,并进行了有限元计算,结果表明设计满足规范要求。     

胜利黄河大桥主桥加固关键施工技术

东营胜利黄河大桥主桥为(60.5+136.5+288+136.5+60.5)m连续钢斜拉桥。该桥运营33年后主梁出现了大面积锈蚀、正交异性桥面板U肋连接板开焊脱落、纵肋对接焊缝开裂、拉索PE保护套开裂、钢丝锈蚀及索力差偏大等问题。为延长该桥的使用寿命，对该桥进行维修改造，主梁加固补强施工按照先节点、后构件，先钢箱后桥面板的原则进行。拉索更换顺序为由短索至长索逐对更换，先卸载拆除旧索，再安装张拉新索。桥面铺装前，全桥按照对称、间隔的原则，更换原桥高强螺栓群后，喷砂除锈并涂防腐漆，焊接剪力钉，铺设钢筋，最后铺装超高性能混凝土和高黏高弹沥青混凝土。主桥加固后，线形平顺，拉索索力分布均匀，桥梁受力得到改善，加固效果显著。     

中山香山大桥主桥主梁结构设计

中山香山大桥主桥为双层钢桁梁公路斜拉桥,跨径布置为(136+312+880+312+136) m。桥塔采用人字形混凝土塔,下设整体式钻孔灌注桩;斜拉索采用?7 mm高强度锌-铝合金镀层平行钢丝索;约束体系采用带纵向阻尼器的半飘浮体系。主梁采用2片N形主桁的钢桁梁结构,桁宽42.2 m,标准梁段桁高2.8 m。上、下弦杆和腹杆均采用带加劲肋的箱形截面,横梁均采用鱼腹式。边跨187.2 m范围内下层桥面采用混凝土桥面板起压重作用,其余上、下层桥面板均采用正交异性钢桥面板。下层纵向钢-混结合段位于辅助墩往跨中第4个节段,距辅助墩51.2 m,设置承压板、支撑加劲肋、预应力钢束、剪力钉和PBL板;横向钢-混结合段位于下层行车道两侧钢桥面板和混凝土桥面板之间(距下弦杆2.2 m处),设置剪力钉、PBL板和1.3 m宽UHPC后浇段。采用有限元软件进行全桥整体受力分析及桥面板局部分析,结果表明：结构满足规范要求。主梁采用大节段整体吊装施工,标准吊装节段长度为25.6 m,节段间除钢桥面板和弦杆顶板采用焊接外,其余均采用高强度螺栓连接。     

多排组合剪力连接件承载力有限元分析

为研究多排组合剪力连接件栓钉直径,贯通钢筋直径,开孔孔径,开孔孔数对抗剪承载力和荷载-滑移曲线的影响,使用ABAQUS软件建立组合剪力连接件模型,通过与现有试验对比验证其可行性。在此基础上,建立多排组合剪力连接件模型进行参数分析,结果表明：增加开孔孔数、开孔直径、贯通钢筋直径、栓钉直径均可有效提高组合剪力连接件的抗剪承载力。其中,开孔孔数在4以下时,各孔之间不会互相影响,承载力随孔数线性增加;贯通钢筋直径在16mm以下时,对组合剪力连接件的承载力影响较小,当直径从16mm增加至20mm时,构件承载力有明显提高;栓钉直径与承载能力之间并不是线性增加关系。依据叠加原理,建立了多排组合剪力连接件承载力计算公式,其计算值与数值计算结果吻合良好。     

装配式组合梁剪力钉抗剪承载力研究

为给装配式组合梁剪力连接件的设计施工提供参考,针对装配式组合梁中剪力钉的布置特点,考虑荷载作用等级和剪力钉数量的影响,进行纵向荷载作用下剪力钉连接件的抗剪性能和极限承载力试验研究。采用推出试验的方法,设计了2类共24个剪力钉推出试件,考察试件从受载到破坏全过程的抗剪机制,再利用约束混凝土基本力学原理对试件剪力钉核心区的混凝土进行力学分析从而提出其承载力设计算法,并将计算结果与试验结果进行对比分析。结果表明:相对于常规剪力钉试件,同规格装配式剪力钉试件抗剪承载力高20%以上,峰值滑移增加近1倍,混凝土板裂缝扩展不明显;弹性阶段2类试件荷载-滑移规律相差不大,弹-塑性阶段装配式剪力钉试件荷载-滑移曲线的峰值点向上向后移,破坏阶段装配式剪力钉试件的整体性保持较好;计入混凝土约束增强作用后的承载力计算公式,其计算值与试验值吻合较好,且安全富余度满足规范要求。研究显示,剪力钉周围混凝土受到的约束作用对其纵向抗剪承载力和延性的提高有重要贡献。     

大纵肋正交异性钢-免蒸养UHPC组合桥面板力学性能研究

为明确大纵肋正交异性钢-免蒸养UHPC组合桥面板的力学性能，进行免蒸养UHPC材料力学性能试验、构件静力模型试验与疲劳模型试验，分析其材料基本力学性能、剪力钉抗剪性能、组合桥面板抗弯性能及疲劳性能。结果表明：免蒸养UHPC材料的弹性模量略高于高温蒸养UHPC材料，其他力学性能指标相较于高温蒸养UHPC材料均有不同程度的降低；免蒸养UHPC中剪力钉的破坏模式表现为剪力钉根部剪断并伴有焊环局部UHPC压溃，组合桥面板名义开裂应力为13.7 MPa,满足结构抗裂性要求；组合桥面板的疲劳破坏模式表现为UHPC结构层开裂，继而纵肋与横隔板连接焊缝焊趾处疲劳开裂，组合桥面板的疲劳寿命最终由焊接细节的疲劳强度所控制；纵肋与横隔板连接焊缝的等效疲劳强度为157 MPa,满足现行规范要求。     

汽车荷载形式对结合箱梁连接件受力性能的影响

针对采用现行设计规范计算得到的结合梁剪力钉连接件受力无法真实反映其实际受力的情况,以一座两跨连续结合箱梁桥为例,对汽车荷载作用下剪力钉连接件的受力性能进行研究。比较采用杆系有限元模型和板壳-实体有限元模型计算结合梁连接件受力性能的差别,分析不同汽车荷载作用方式对连接件受力性能的影响。结果表明:板壳-实体有限元方法更能真实地反映荷载的整体与局部效应以及同一截面上连接件受力不均匀的情况,因此宜采用该方法计算结合梁连接件的受力。在汽车荷载作用下结合梁连接件的受力与荷载的布置形式有较大的关系,采用车道荷载与车辆荷载相结合并考虑车辆荷载横向偏载的布置形式,能充分反映结合梁连接件的最不利受力情况。