预制小箱梁近支点湿接缝抗剪机理试验及理论研究

预制小箱梁采用整体抽拉式钢内模形成的近支座处接缝处于剪力最不利位置,界面上纵筋配筋率低、无预应力钢束穿过、锚固端在此形成刚性的剪切键。为揭示此种接缝构造的抗剪承载机制,设计制作9组18个Z形直剪试件进行静载试验,通过分析各试件的破坏形态、荷载-位移曲线及抗剪承载力,研究新老混凝土结合面单独加入界面钢筋、刚性剪切键以及将界面钢筋和刚性剪切键组合在一起(简称为组合试件)对结合面剪切性能的影响。研究结果表明：界面钢筋能有效提高结合面的抗剪承载力,界面钢筋试件的抗剪承载力为基本试件的1.74～2.67倍,构件抗剪承载力与界面配筋率有较好的线性关系;界面钢筋的承载机理符合摩擦抗剪理论,试件沿平行结合面约40°方向错动;刚性剪切键试件的荷载-位移曲线经历了先下降后上升的过程,刚性剪切键在结合面处起销栓作用,破坏模式为销栓抗剪引起的混凝土破坏;组合试件的抗剪承载力为基本试件的3.23～3.48倍,其中界面钢筋提供的抗剪能力占构件平均抗剪承载力的48.6%～52.2%,刚性剪切键提供的抗剪能力占构件平均抗剪承载力的20.2%～24.6%;将刚性剪切键受剪导致混凝土破坏的抗剪承载力表达为基材混凝土强度、...     

预应力UHPC-T梁抗剪性能试验研究

通过3根UHPC-T梁的抗剪试验,研究超高性能混凝土的剪切破坏形态以及抗剪承载力,并根据试验结果分析了影响抗剪性能的因素;同时基于ABAQUS分别建立了3根试验梁的有限元实体模型,与试验结果进行对比验证,结果表明有限元分析和试验吻合良好;在仿真分析的基础上详细分析了预应筋率、纵筋率、配箍率、UHPC抗拉强度等参数对试验梁抗剪性能的影响,分析结果表明:预应力筋率和纵筋率的提高对抗剪承载力的影响不大,增加配箍率可以有效提高抗剪承载力,而UHPC抗拉强度对结构的抗剪性能影响较大。     

大直径盾构隧道斜螺栓环缝抗剪特性研究

以大直径盾构隧道施工过程中管片上浮错台问题为背景,研究大直径盾构隧道环缝结构的抗剪特性,从结构承载力角度提出有效且可控的抗浮措施,并深入探究环间错台对隧道结构的影响,以确定大直径盾构隧道环间变形控制标准,减小隧道环间错台引起的管片损伤。以深圳妈湾跨海通道为依托,基于材料塑性损伤本构,考虑管片接缝细部构造,根据相关管片环缝剪切原型试验对接缝抗剪数值模拟方法的有效性进行验证。随后,利用数值模拟研究了环向接缝顺剪、逆剪和切向剪切时的错台现象和破坏特征,分析了斜螺栓、凹凸榫对环缝抗剪特性的影响,为大直径盾构隧道环缝结构的抗浮设计和安全评价提供依据。研究表明:环缝剪切错台数值计算结果与试验结果吻合良好,能够有效揭示接缝剪切过程中结构的变形特点和损伤特性;环缝接缝的剪切错台过程较为复杂,呈阶段性特征,螺栓和凹凸榫的受力状态是决定接缝抗剪特性的关键因素;凹凸榫能显著提高接缝抗剪刚度和承载力,但也带来接缝应力集中和张开过大等问题,设计和施工过程中需充分考虑接缝刚度和变形的适应性;基于环缝错台损伤分析,提出了环缝变形的三级安全评价指标,大直径盾构隧道接缝变形必须控制在Ⅱ级以内,以保证隧道的结构安全和正常使用性能。     

考虑箍筋效应的PP-ECC梁抗剪试验研究

为了研究钢筋加强工程水泥基复合材料(ECC)梁中的箍筋抗剪加强效应,针对发生剪切破坏的普通钢筋混凝土(RC)构件,考虑箍筋率的影响,分别进行RC与ECC梁的四点加载试验研究。首先开展ECC材料试验,采用直接拉伸的加载方式,对聚丙烯纤维工程水泥基复合材料(PP-ECC)的拉伸力学性能进行试验研究。在材料试验结果的基础上,通过考虑箍筋效应,分别设计5根不同箍筋率的钢筋增强PP-ECC梁和2根普通钢筋混凝土梁试件,对7根梁进行四点加载试验,并在加载过程中对5根PP-ECC梁的斜裂缝进行观测,分析箍筋率对ECC梁斜裂缝开展行为的影响。通过修正桁架模型,分析箍筋率对ECC梁抗剪承载力的影响。试验结果表明:PP-ECC具有拟应变硬化和微裂缝的多缝开裂特征,其屈服拉伸强度和拉伸极限强度分别不小于2,3MPa,极限拉应变大于2.5%;PP-ECC梁有较好的剪切延性,随着箍筋率的增长,PP-ECC梁的抗剪承载力也逐渐加大;在相同箍筋率下PP-ECC梁的抗剪承载力大于RC梁,而无箍筋PP-ECC梁的抗剪承载力2倍于无箍筋RC梁;由于箍筋限制了R/ECC梁斜裂缝的开展,加剧了斜裂缝的剪切滑移,从而削弱了斜裂缝间的纤维桥接作用,导致PP-ECC承担的剪力随着箍筋率的增大而减小;现有规范未考虑斜裂缝的剪切滑移对PP-ECC抗剪承载力的削弱作用,使得计算剪切承载力过大而导致偏危险。     

预制节段干接缝体外预应力混凝土简支梁抗剪性能试验

预制节段干接缝体外预应力混凝土梁是一种适应于快速化施工的新型桥梁结构形式,然而预制节段干接缝体外预应力混凝土梁的斜截面抗剪破坏机理尚不明确。针对此类状况以文献[18]中推荐的箱型截面为原型,进行4根预制节段干接缝体外预应力混凝土梁和3根整体式体外预应力混凝土梁的1：8缩尺模型试验,揭示不同剪跨比（1.5,2.0和2.5）、接缝类型（整体式接缝和干接缝）以及接缝数量（2和4）对预制节段干接缝体外预应力混凝土梁斜截面抗剪性能的影响。在试验过程中观测裂缝的发展,记录体外束应力增量、挠度发展规律、接缝张开情况和破坏形态。试验结果表明：体外预应力预制节段干接缝混凝土梁在键齿处容易产生裂缝;剪跨比是影响节段梁和整体梁抗剪承载力的主要因素,随着剪跨比增大,节段梁和整体梁的抗剪承载力明显降低;在剪跨比小于或等于2.0时,预制节段干接缝体外预应力混凝土梁的抗剪承载力小于相应的整体式混凝土梁的抗剪承载力;根据节段式混凝土梁的接缝是否张开,节段式混凝土梁的受力过程可划分为接缝张开前、后2个阶段;在接缝张开前,节段式混凝土梁的力学行为与整体式混凝土梁的无异;接缝张开前、后,节段式混凝土梁的力学行为发生改变;接缝是控制梁抗剪承载力的主要因素,但接缝数量对节段式混凝土梁抗剪承载力的影响不显著。     

带竖向接缝的混凝土箱梁桥抗剪性能试验研究

为了解竖向接缝对预应力混凝土箱梁桥抗剪性能的不利影响及改进措施,以七里坪湘江大桥预应力混凝土梁为原型,设计制作4片预应力混凝土模型梁进行跨中单点加载试验,分析各模型梁在试验过程中的裂缝发展情况、破坏形态和抗剪承载力,研究交界面粗糙度和普通钢筋配筋率对抗剪性能的影响。结果表明:各模型梁的裂缝发展过程基本相似,破坏形态均为弯剪破坏;带竖向接缝梁的抗裂性能比整体浇筑梁差,但各梁的抗剪承载力相差不大;带竖向接缝梁的刚度低于整体浇筑梁的刚度;增加接缝处混凝土交界面粗糙度和普通钢筋配筋率可以提高带竖向接缝梁的抗裂性能和刚度。     

预应力混凝土桥梁节段预制干接缝抗剪性能分析

为研究预应力混凝土桥梁节段预制干接缝的抗剪性能,以预应力混凝土T梁干接缝节段作为研究对象,基于混凝土塑性损伤模型,采用ABAQUS有限元软件建立了混凝土梁节段预制干接缝的三维有限元模型,计算分析了模型在荷载作用下的受力性能。结果表明:预应力混凝土桥梁节段预制干接缝在弯剪作用下键齿易开裂;剪跨比对节段梁的承载力影响较大,随着剪跨比的增大而减小;接缝的张开是影响节段梁受力性能的关键因素。我国公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范和美国AASHTO规范计算的抗剪承载力与有限元结果吻合较好。     

预制节段式倒T形盖梁干接缝截面抗剪性能研究

为了更准确分析预制拼装盖梁干接缝截面的抗剪性能,以城市高架桥倒T形盖梁为对象建立分析模型,探讨了压应力、剪力键宽度与数量等因素对干接缝截面抗剪承载力的影响规律;基于此建立了抗剪承载力计算公式,并进行了数值验证与对比分析。结果表明:剪力键的抗剪承载力随着压应力增大而提高,且与剪力键宽度成正比关系,而剪力键数量的增加会导致剪力键受力不均匀;当剪力键发生破坏时,需考虑平接触面的分离效应;该文推导的计算公式可以较合理地反映各主要因素对接缝截面抗剪承载力的影响规律,更适用于跨高比较小的倒T形预制拼装盖梁。     

无腹筋GFRP筋混凝土梁抗剪性能试验

对一组无腹筋玻璃纤维增强塑料(Fiber Glass-reinforced Plastics,GFRP)筋混凝土梁的抗剪性能进行了试验研究,所有试验梁均为三分点加载,将6根试验梁按有效配筋率分为3组,每组包括1根钢筋混凝土梁和1根GFRP筋混凝土梁,且所有试验梁均为斜拉破坏;分析了试验梁的荷载-挠度关系、裂缝开展及抗剪承载力,并将各FRP筋设计规范或指南的抗剪承载力预测值与试验结果进行对比。结果表明:有效配筋率相同的钢筋混凝土梁和GFRP筋混凝土梁具有相近的抗剪承载力;修正的CAN/CSA-S6-06抗剪承载力预测结果与试验结果符合度最高,而ACI 440.1R-06的预测结果过于保守;建议的FRP筋混凝土梁抗剪承载力公式提高了承载力预测精度。     

锈蚀箍筋RC梁斜截面抗剪模型对比分析

针对钢筋混凝土梁在箍筋严重锈蚀和轻度锈蚀两种情况下,分别基于极限平衡理论、等效桁架理论和"梁-拱"作用理论,对锈蚀混凝土梁斜截面抗剪承载力进行计算,分析对比了现有锈蚀箍筋混凝土梁抗剪性能的实用性。依据箍筋锈蚀程度不同,提出了锈蚀箍筋混凝土梁抗剪强度计算公式,对建立的锈蚀箍筋混凝土梁的抗剪承载力理论进行了验证。     

预制UHPC构件环氧接缝受剪承载机制研究

为了探究预制UHPC环氧接缝剪切试验的受剪历程与破坏机理,采用ABAQUS建立预制UHPC环氧接缝剪切试件的精细化有限元模型。结合已经开展的试验研究,验证有限元模型的准确性,根据有限元模型分析预制UHPC环氧接缝的UHPC基体、黏结界面、环氧黏结剂的受剪历程和破坏机理。分析结果表明：预制UHPC环氧接缝剪切试验中,环氧黏结剂能够提供部分抗剪承载能力,因此在有限元分析中不可简化为零厚度内聚力单元分析;含阴-阳健齿的界面较于光滑界面抗剪承载力更高,在无约束情况下,健齿界面的极限抗剪强度是光滑界面的1.22倍,约束力作用下是1.19倍,因此更推荐健齿界面作为实际应用;被动约束的光滑、健齿试件的极限承载力分别比无约束试件高11.92%、17.77%;所有试件的破坏形态均主要为UHPC界面黏结处破坏,环氧黏结剂脱黏后仅发生微量损伤,可忽略不计。     

钢筋锈蚀的配斜筋混凝土梁抗剪性能试验研究

为了解钢筋锈蚀对配斜筋混凝土梁抗剪破坏形态和抗剪承载力的影响,设计制作14片配斜筋混凝土梁,采用电化学方法对试验梁钢筋进行快速锈蚀,达到设计锈蚀率后进行抗剪试验,分别研究仅箍筋锈蚀和全部钢筋锈蚀对试验梁抗剪破坏形态和抗剪承载力的影响,并考虑钢筋截面减少、力学性能退化及混凝土截面损伤等因素提出配斜筋混凝土梁抗剪承载力的简化计算方法。结果表明:剪跨比相同的情况下,钢筋锈蚀对试验梁的抗剪破坏形态影响不大;箍筋轻微锈蚀在一定程度上能提高梁的抗剪承载力,严重锈蚀时抗剪承载力下降较为明显;全部钢筋锈蚀时,梁的抗剪承载力随锈蚀率的增加显著减小,其下降速率比仅箍筋锈蚀时更快;提出的混凝土梁抗剪承载力计算方法具有较高的精度。     

配斜筋钢筋混凝土梁抗剪承载力分析及试验研究

针对剪压破坏时配有斜筋的钢筋混凝土梁斜截面受剪承载力进行了研究。根据钢筋混凝土受弯构件的剪切破坏机理,考虑腹筋和受压区混凝土共同承担剪力,基于极限平衡理论和对Rankine破坏准则进行简化后的混凝土强度破坏准则,建立配斜筋钢筋混凝土梁斜截面抗剪的平衡方程,提出极限承载力的计算公式。通过对2片配斜筋钢筋混凝土梁的试验数据进行对比,结果表明理论计算值与试验值较为吻合。     

纤维高强混凝土干接缝剪切性能试验研究

节段预制匹配梁混凝土干接缝键齿受力后易沿键齿根部产生斜裂缝,并发生沿键齿根部脱落的脆性破坏,在混凝土中掺加纤维可改善干接缝剪力键受力性能。考虑纤维长度、纤维形状、纤维种类及纤维体积率4种影响因素,制作了4组9对干接缝剪力键试件进行直剪试验,得到了以上4个因素对纤维高强混凝土干接缝剪切行为和抗剪强度的影响规律。结果表明：与未掺加纤维的高强混凝土相比,纤维高强混凝土干接缝的开裂剪应力、极限剪应力和延性均有所提高,开裂剪应力平均提高了48.1%,极限剪应力提高了26.0%,延性指标提高了24.4%;在一定范围内,纤维高强混凝土干接缝的极限剪应力随着纤维长度的增长和纤维体积率的增大而增大;纤维混凝土可以增强干接缝的极限剪应力,端钩型纤维对干接缝极限剪应力提升的效果明显大于波浪型和平直型;同时,归纳了既有干接缝承载力计算公式,利用既有试验数据对不同公式的承载力计算值进行了对比分析,发现各公式对试件承载力的预测值与侧向预压应力有关,其中Rombach公式计算值与试验值吻合最好,但离散度较大。试验结果可为今后纤维高强混凝土干接缝剪切行为和抗剪强度的研究提供数据支持。     

钢-超薄UHPC组合桥面板界面抗剪焊接构造

为研究钢-超薄UHPC组合桥面板中新型钢筋网局部焊接抗剪连接件的静力性能,开展12个静力推出试验,考虑焊缝长度和界面黏结的影响,获得焊接抗剪件的荷载-滑移曲线和抗剪承载力。基于显示动态分析法,采用有限元软件ABAQUS对静力推出试验进行仿真分析。采用疲劳推出试验,初步研究焊缝长度为25 mm焊接抗剪件的疲劳性能。研究结果表明:焊接抗剪件抗剪承载力随焊缝长度增加而提高;界面黏结对试件抗剪承载力并无显著影响,但会提高其弹性阶段抗剪刚度;静力试验受纵筋焊接长度比例影响有2种破坏模式,分别为焊缝剪断和纵筋拔出,两者均为脆性破坏;与常规栓钉抗剪件相比,焊接抗剪件具有较高的抗剪承载力和抗剪刚度;针对2种不同破坏模式,考虑材料和接触非线性的计算结果与试验结果吻合较好;焊接抗剪件在80 MPa剪应力幅下循环加载至500万次仍未发生疲劳开裂,满足疲劳设计要求;疲劳试件破坏前的大部分时间内,界面相对滑移量增加缓慢,而在试件疲劳破坏阶段,界面相对滑移量增加迅速。     

钢-超薄UHPC组合桥面板界面抗剪焊接构造（双语出版）

为研究钢-超薄UHPC组合桥面板中新型钢筋网局部焊接抗剪连接件的静力性能,开展12个静力推出试验,考虑焊缝长度和界面黏结的影响,获得焊接抗剪件的荷载-滑移曲线和抗剪承载力。基于显示动态分析法,采用有限元软件ABAQUS对静力推出试验进行仿真分析。采用疲劳推出试验,初步研究焊缝长度为25 mm焊接抗剪件的疲劳性能。研究结果表明：焊接抗剪件抗剪承载力随焊缝长度增加而提高;界面黏结对试件抗剪承载力并无显著影响,但会提高其弹性阶段抗剪刚度;静力试验受纵筋焊接长度比例影响有2种破坏模式,分别为焊缝剪断和纵筋拔出,两者均为脆性破坏;与常规栓钉抗剪件相比,焊接抗剪件具有较高的抗剪承载力和抗剪刚度;针对2种不同破坏模式,考虑材料和接触非线性的计算结果与试验结果吻合较好;焊接抗剪件在80 MPa剪应力幅下循环加载至500万次仍未发生疲劳开裂,满足疲劳设计要求;疲劳试件破坏前的大部分时间内,界面相对滑移量增加缓慢,而在试件疲劳破坏阶段,界面相对滑移量增加迅速。     

对称悬臂拼装桥梁接缝处承载力数值模拟分析

在目前对桥梁接缝处的承载力数值模拟中,对于影响接缝处承载力的桥梁其它材料缺乏力学分析,数值模拟中的误差较大,影响结果判断。因此提出对称悬臂拼装桥梁接缝处承载力数值模拟研究。首先对于影响接缝处的性能的桥梁主体混凝土进行有限元分析确定力学性能。考虑不同接缝方法下抗剪强度不同,给出了不同接缝方法下的抗剪强度计算公式。而后根据其抗剪强度和主体材料的力学性能得出接缝处纵筋滑移形变参数,完成承载力的数值模拟。为了验证设计方法的可行性,设计实验,使用某地的对称悬臂拼装桥梁作为实验对象,测试在不同荷载下的接缝处承载情况,并采用设计方法以及文献[1]、文献[4]和文献[7]中的数值模拟方法进行模拟,实验结果显示设计方法的数值模拟结果对比其他方法更接近实际实验时的数值,证明设计方法误差较小,满足设计初衷。     

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。     

UHPC梁受剪性能试验与抗剪承载力计算方法

为研究超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）薄腹梁受剪性能和抗剪承载力计算方法,设计制作11片模型梁开展荷载试验,试验参数包括纤维率、纤维种类、配箍率、剪跨比和混凝土强度。分析了试验梁破坏形态、裂缝开展过程和主要因素对梁体受力响应影响规律。试验结果表明：UHPC梁的受力过程分为弯曲开裂前弹性阶段、"桥联作用"失效前和"桥联作用"失效后3个阶段。UHPC梁剪切破坏具备一定延性且有明显征兆,为半延性-半脆性破坏。由于纤维"桥联作用",UHPC梁剪切开裂后呈多条剪切裂缝同时开展现象,破坏过程伴随着纤维持续从基体里拔出的"滋滋声"。此外,配置适量箍筋可使梁体破坏模式从脆性剪切破坏向更具延性的弯曲破坏转变。基于Rankine破坏准则,推导出剪压区混凝土简化强度准则;考虑T形截面翼缘的影响,提出腹板抗剪有效宽度计算方法;通过极限平衡法,得到考虑翼缘影响的混凝土抗剪贡献计算式。基于分项叠加思想,建立考虑混凝土、箍筋和纤维抗剪贡献的UHPC梁抗剪承载力理论计算式。该公式形式简单,物理意义明确,可以考虑纤维率、剪跨比和梁体尺寸等影响因素。用试验结果对提出的计算式进行验证,得到抗剪承载力理论计算值和试验值比值均值为0.94,标准差为0.17,计算结果表明提出的计算式可以较好地预测UHPC梁的抗剪承载力。     

混凝土键齿胶接缝承载力计算方法研究

为了研究节段梁键齿胶接缝的抗剪承载力计算,收集了53组国内外关于混凝土键齿胶接缝直剪试验的极限承载力、混凝土强度、键齿根部面积、接缝面面积等试验数据。利用收集的实测数据对美国AASHTO节段桥梁设计规范和多位国内外学者所提出的键齿胶接缝抗剪承载力计算公式进行了适用性与准确性评价;同时根据实测数据,分析总结了4种键齿胶接缝承载力计算模型,并对影响接缝抗剪强度的因素展开了分析。结果表明：美国学者BAKHOUM的公式预测结果吻合最好,实测值与预测值的比值平均值为0.93,变异系数为0.27;其他公式预测平均值在1.11到1.40之间,变异系数在0.25到0.35之间;所提出的4种计算模型,较已有公式预测更为准确,且变异系数小;侧向应力、接缝形式和混凝土强度是影响接缝抗剪的主要因素;可为实际节段桥梁接缝设计提供参考。