钢-混凝土连续组合梁桥裂缝问题的研究综述

对钢-混凝土连续组合梁桥而言,负弯矩区混凝土板由于承受较大拉应力而开裂,从而引起钢筋及钢梁腐蚀等严重问题,影响了结构耐久性和承载能力。因此,负弯矩区混凝土板裂缝控制是设计中的重要一环,控制效果直接关系到结构的安全性和耐久性。该文结合最新的研究进展,对组合梁负弯矩区混凝土板的开裂特点、影响因素、裂缝宽度计算、裂缝控制措施等几个方面进行总结、阐述,希望能对连续组合梁桥负弯矩区的裂缝控制有所帮助。     

钢-混凝土结合梁负弯矩区混凝土裂缝宽度计算方法及控制措施

通过引入裂缝的概念,给出了钢-混凝土结合梁负弯矩区混凝土裂缝宽度的计算方法及研究现状,并给出对应的计算公式。介绍了负弯矩区混凝土裂缝成因,并从设计计算和施工两方面提出控制措施。     

连续钢板组合梁力学性能研究

为了解连续钢板组合梁力学性能特点,并改善其负弯矩区易开裂的状况,以长沙至益阳段高速公路扩容工程4×30m连续钢板组合梁桥为背景,采用ANSYS软件建立组合梁有限元模型,分析组合梁结构施工过程及成桥阶段的应力分布,研究支点负弯矩区桥面板裂缝控制措施。结果表明,施工阶段简支状态下,连续钢板组合梁混凝土桥面板基本处于受压状态,钢梁跨中最大Von Mises应力约为70.5MPa,翼缘焊钉顺桥向剪力从跨中向两侧支点逐渐增加,最大值12kN;汽车活载作用下,墩顶处混凝土桥面板顺桥向最大拉应力为2.9MPa,钢梁最大Von Mises应力约为64.6 MPa,焊钉顺桥向剪力峰值约为22kN。采用调整施工顺序、墩顶区现浇微膨胀纤维混凝土、加强负弯矩区纵筋配置等措施有效调整了结构应力分布,减小负弯矩区的裂缝宽度。     

预应力钢-混箱形组合连续梁负弯矩区开裂分析

为研究预应力钢-混箱形组合连续梁墩顶部位(负弯矩区)的受弯性能及预应力设置方法,以广吉高速某组合连续梁桥为背景,以1∶4的缩尺比制作该桥负弯矩区模型梁进行纯弯试验,结合有限元计算结果,分析组合梁负弯矩区的破坏形态、裂缝开展及开裂弯矩等力学性能;模拟改变预应力位置及预应力张拉水平,研究预应力设置对组合梁开裂性能的影响。结果表明:模型梁最终发生塑性弯曲破坏,破坏时裂缝均匀分布且间距与箍筋间距相近,模型梁开裂弯矩为156.0kN·m;在不同预应力张拉水平下,混凝土板对称轴单侧预应力筋合力点至对称轴的距离s与1/2板宽B的比值为0.15～0.50时,开裂荷载较大;预应力张拉水平越高,开裂荷载对预应力筋位置的变化越敏感;原型梁开裂弯矩为15 840kN·m,当s=0.4B时,开裂弯矩可提高约11%。     

钢-混凝土连续叠合梁负弯矩区裂缝宽度试验研究

根据8根钢-混凝土叠合梁受力性能的试验研究,探讨了负弯矩区裂缝产生与发展的规律,总结了裂缝的特征.研究结果表明,负弯矩区受拉主筋的配筋率、数量;焊钉间距、高度;以及混凝土翼板的厚度和宽度是影响裂缝宽度和裂缝间距的主要因素.     

钢箱组合梁混凝土裂缝特征试验

为了解斜腹板钢箱组合连续梁负弯矩区混凝土裂缝的特征,选取2根斜腹板钢箱组合梁进行负弯矩受力性能试验,考察负弯矩荷载作用下组合梁混凝土板裂缝的出现、发展过程和裂缝宽度变化,以及钢筋和混凝土板上缘的应变分布。结果表明：组合梁混凝土在荷载较低时就产生开裂,混凝土板中的裂缝分布特性与配筋率有关;当配筋率较小时混凝土开裂引起其附近的钢筋应变突然增加,钢筋屈服后随着荷载的增加裂缝宽度也增长较快;当配筋率合理时,混凝土产生的0.2mm宽裂缝对应荷载为初始开裂荷载的3倍以上;裂缝间距与混凝土板中横向配筋间距和剪力钉间距有一定关系。     

组合梁负弯矩区UHPC接缝抗弯性能试验

为提高钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性并简化现场施工工艺,提出新型钢-混组合梁桥负弯矩区超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete,UHPC）接缝方案。以湖南省某桥为工程背景,进行1∶2缩尺模型抗弯试验研究;编制截面弯矩-曲率关系MATLAB程序,并与实测值进行对比,验证该程序可用于计算UHPC覆盖下的普通混凝土（NC）中钢筋应力;对现有NC裂缝宽度规范公式进行修正,提出考虑UHPC约束作用的组合梁负弯矩区NC最大裂缝宽度的建议公式;讨论钢-混组合梁桥负弯矩区UHPC湿接缝合理的纵桥向长度,分析UHPC层厚度及层内配筋对抗裂性能的影响。研究结果表明：新型UHPC接缝方案的抗裂性能和抗弯承载能力均满足工程要求,且接缝节点强度高于非接缝区预制部分强度;负弯矩作用下,试件沿梁高的应变较好地满足平截面假定,钢梁与混凝土板及UHPC与NC间的层间滑移量均较小;UHPC裂缝呈现“多而细”的特征,而NC裂缝呈现“少而宽”的特征,预制部分混凝土顶面最先开裂,之后UHPC-NC交界面、UHPC顶面、UHPC覆盖下的NC侧面依次出现裂缝;对于负弯矩区采用UHPC接缝的中小跨径钢-混组合连续梁桥,UHPC层的纵桥向长度宜为20%标准跨径,UHPC层厚度可根据实际工程设计要求确定,增大桥面板内钢筋直径可以提高负弯矩区混凝土的抗裂性能。     

钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土开裂研究

连续组合梁桥设计中的关键问题是能否有效抑制负弯矩区混凝土的开裂及裂缝发展。混凝土的开裂会降低组合梁整体刚度,并会加速混凝土板内钢筋、抗剪连接件甚至钢梁的腐蚀,降低整体结构的耐久性。以阳泉市某高速公路匝道钢-混组合连续梁桥为背景,介绍了影响负弯矩区混凝土开裂的影响因素,运用MIDAS FEA建立空间精细化有限元模型计算了负弯矩区混凝土在设计荷载作用下和超载作用下的裂缝宽度,并对比分析了另外5种裂缝宽度计算方法。结果表明,G匝道钢-混组合连续梁桥混凝土裂缝宽度满足规范设计要求,且具有较大储备。汽车活载与温度梯度负温差效应对裂缝宽度影响较大。同时,汽车超载对裂缝的影响较为明显,应该严格限制超载。     

大跨径连续钢混组合梁的设计及关键技术研究

以汕头市国道G206跨线桥45.5m+75m+45.5m连续钢混组合梁为背景,介绍大跨径钢混组合梁的构造设计及计算要点.通过对其施工方法、施工工序及墩顶负弯矩区域抗裂控制措施等关键技术研究,得出支架拆除时间、正弯矩区压重及预应力张拉对钢梁及桥面板内力有较大影响,组合梁设计时应充分考虑施工过程.最后综合考虑钢梁及面板受力情况,提出先张拉桥面板预应力后与钢梁叠合的方法是一种可用于大跨连续钢混组合梁较为合理的施工方法,值得推广与应用.     

简支变连续桥梁墩顶T梁负弯矩钢束的设计与施工

简支变连续桥梁兼具简支梁和连续梁的特点,且随着施工进展而发生体系转换,而导致其正负弯矩区的配筋形式多种多样.结合4跨40 m简支变连续T梁的设计与施工,利用有限元软件建立分析模型,讨论不同配筋形式和不同的有效预应力对简支变连续梁式桥的影响,得出以下结论:对于简支变连续桥梁,应综合考虑全桥应力分布、收缩徐变导致的长期效应进行负弯矩区预应力钢束设计,合理的设计方案可以很好地限制墩顶拉应力的产生,进而避免桥面裂缝的出现,但如果出现负弯矩钢束张拉不到位的情况,墩顶接缝位置很容易出现过大的拉应力导致出现横向裂缝.     

大跨钢-混组合连续梁桥负弯矩区桥面板抗裂技术研究

为解决大跨钢-混组合连续梁桥负弯矩区桥面板的开裂问题,以某120 m主跨的钢-混组合连续梁桥为背景进行抗裂技术研究。采用MIDAS Civil 2020软件建立大桥空间杆系有限元模型,研究增强配筋技术、后浇成型技术、预应力技术以及抗拔不抗剪连接技术对桥面板抗裂性能的影响,并基于不同抗裂技术的工作原理和效果,提出适用于大跨钢-混组合连续梁桥负弯矩区桥面板的综合抗裂技术。结果表明：增强配筋技术可以有效控制裂缝宽度,但当配筋率超过0.015后,效果明显降低;采用后浇成型技术,调整混凝土桥面板的浇筑顺序可明显降低成桥时负弯矩区桥面板应力;张拉预应力筋可有效提升负弯矩区桥面板的预压应力水平;抗拔不抗剪连接件可显著降低活载下负弯矩区桥面板应力水平;采取优化桥面板混凝土浇筑顺序、在负弯矩区布置抗拔不抗剪连接件同时施加预应力、增加预应力锚固区的配筋率的综合抗裂技术,可明显降低负弯矩区桥面板拉应力,同时对桥梁结构的其他力学性能无明显影响。     

S20外环高速沪嘉立交盖梁裂缝维修加固方案设计研究

该文以S20外环高速沪嘉立交R1匝道桥维修加固工程作为工程实例,围绕盖梁负弯矩裂缝产生原因及其维修加固方案设计展开研究。针对桥梁检查中发现的盖梁负弯矩裂缝病害,分析裂缝产生原因,评估裂缝存在前提下盖梁的承载力现状。在分析梳理既有加固方法的使用条件、技术特点等的基础上,结合桥梁实际情况和裂缝病害的严重程度,选择粘贴钢板法对盖梁裂缝进行加固处置,详细介绍了此法的处治工艺,并就加固处置效果进行了评估。     

连续箱梁与肋板梁翼板开裂的原因分析

通过实例,分析连续箱梁与肋板梁支点负弯矩处翼板产生裂缝的原因,提出了解决此类问题的一些思路。     

钢-UHPC组合梁负弯矩区受力性能试验

为解决钢-混组合梁负弯矩区桥面板的开裂问题,以桥面连续钢-混组合梁为研究对象,负弯矩区桥面板采用超高性能混凝土（Ultra-High-Performance Concrete,UHPC）代替传统普通混凝土,对其抗裂性能展开研究,并设计3根不同负弯矩区接口形式的钢-UHPC组合梁,采用一种独特的转角加载方式进行全过程静力加载试验,获得转角、临界开裂荷载、应变等关键试验数据;基于Abaqus的混凝土塑性损伤模型建立试验梁的非线性有限元模型,并对试验过程进行模拟。研究结果表明：钢-混组合梁负弯矩区采用UHPC,能明显提高负弯矩区的开裂性能、有效解决了负弯矩区桥面板的开裂问题;建议了合理的负弯矩区接口形式及负弯矩区UHPC纵向铺设长度取0.1L;采用黏结滑移理论,提出了简易的UHPC裂缝宽度计算公式。     

乍甸1号大桥钢—混凝土组合梁桥面优化设计

乍甸1号大桥主桥为钢-混凝土组合连续梁桥,原方案采用全预制桥面板,支座处采用加厚托座,并在负弯矩区段布置预应力筋。由于桥址位于山区,墩高较大,原方案施工不便,且负弯矩区段桥面板易开裂,需对桥面结构和施工方案进行优化设计。优化桥面结构采用“预制板+后浇层”叠合板桥面,取消托座,单块板吊装重量由33.81 t减少至2.06 t,在负弯矩区段桥面布置50 mm厚高延性工程水泥基复合材料(ECC)层;取消预应力筋,采用支座顶升方式向负弯矩区段桥面板导入预压力。采用MIDAS Civil软件建立模型,模拟优化后桥面整体顶升和分次顶升2种方案的施工过程,对钢梁应力、桥面板应力、施工阶段整体变形、桥面板裂缝宽度进行计算。结果表明：2种方案各指标均符合规范要求,整体顶升方案优于分次顶升方案,最终采用整体顶升方案;根据最大裂缝宽度计算结果,确定ECC布置在支座两侧各10 m的桥面范围,具有较好的经济性。     

钢-混组合梁桥桥面板铺装顺序优化设计研究

针对钢-混组合梁桥桥面板铺装中负弯矩区应力较大导致混凝土开裂的问题,以宁夏镇罗黄河特大桥主桥为依托工程,采用单向连续铺装法、双向对称铺装法、墩顶对称铺装法、皮尔格铺装法4种桥面板施工方法对钢-混组合连续梁桥桥面板铺装顺序进行研究,利用有限元分析软件建立全桥模型,模拟施工过程中桥面板铺装顺序,得到墩顶桥面板应力,并计算分析负弯矩区桥面板的最大裂缝宽度。结果表明,4种方法在成桥下钢箱梁的应力相差不大,采用皮尔格法铺装桥面板时,负弯矩区最大拉应力仅为0.2 MPa,最大裂缝宽度仅为0.07 mm,采用该方法能减小墩顶拉应力,有效控制裂缝宽度,确保成桥后结构整体安全、稳定。     

大跨连续钢-混组合箱梁桥支座顶部区域抗裂方法研究

钢-混组合截面连续梁中支座顶部混凝土桥面板受拉,混凝土很易开裂退出工作。文中在综合已有钢-混连续梁支座顶部区域抗裂方法的基础上,以某70 m+120 m+70 m连续钢-混组合箱梁桥为背景,对支座顶升+负弯矩区张拉预应力、抗拔不抗剪连接技术+负弯矩区张拉预应力2种负弯矩区抗裂方案的优劣进行对比分析。结果表明,采用抗拔不抗剪连接技术+负弯矩区张拉预应力方案,成桥阶段混凝土桥面板有较大压应力储备,可提高支座顶部区域混凝土板的抗裂性能。     

钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区抗弯性能试验

为研究钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区抗弯性能,考虑华夫板板肋高度比、纵筋配筋率以及采用抗拔不抗剪栓钉连接件对钢-UHPC华夫板组合梁的破坏模式、裂缝发展规律及承载能力的影响,采用跨中单点加载方式完成了4根钢-UHPC华夫板组合梁试件在负弯矩作用下的静力加载试验。基于简化塑性理论,并考虑将UHPC受拉区的拉应力分布等效为均匀应力分布,提出了负弯矩区钢-UHPC华夫板组合梁的极限抗弯承载力计算方法。研究结果表明：负弯矩作用下,4根钢-UHPC华夫板组合梁试件的破坏形态均为典型的弯曲破坏;极限状态下,华夫板内纵向受拉钢筋屈服,钢梁上翼缘受拉屈服,钢梁下翼缘受压发生局部屈曲,华夫板跨中主裂缝贯通,其余裂缝呈现密集分布且纤细的特点。保证华夫板总高度90 mm不变,板肋高度比由1∶1减小为1∶2会加剧华夫板的裂缝开展,使试件的开裂荷载和初始刚度略有降低,但承载能力基本不变。华夫板配筋率增大1.05%,试件的承载力与刚度分别提高18.4%与7.7%,并且有助于约束华夫板的裂缝宽度。采用抗拔不抗剪栓钉连接件可在一定程度上抑制试件在正常使用阶段时的裂缝开展,但会导致试件承载力、刚度和延性下降,下降幅度分别为6.9%、9.6%和19.7%。根据所提出的钢-UHPC华夫板组合梁负弯矩区极限抗弯承载力的理论计算公式所得的计算值略低于试验值,且相对误差在10%以内。     

简支变连续桥负弯矩区长期性能研究

简支变连续梁桥同时具有简支梁和连续梁的特点,墩顶负弯矩区受力状态是该类桥梁要点,负弯矩区的配筋形式、有效应力、收缩徐变等参数均会对弯矩区长期性能产生影响。以某4跨40 m简支变连续T梁桥为背景,利采用MIDAS/civil软件建立全桥分析模型,讨论负弯矩区不同配筋形式、不同收缩徐变模式的影响。分析表明:不同的收缩徐变模式会产生不同的结果,收缩徐变产生的长期效应会较大影响负弯矩的应力分布,合理的配筋可有效限制简支变连续桥梁负弯矩区拉应力,设计阶段应合理设计墩顶负弯矩钢束,使其既能限制截面上缘拉应力又经济合理。     

宽幅钢板叠合梁设计与分析计算

以珠海鸡啼门大桥跨河堤引桥为例,介绍钢板-混凝土桥组合梁桥的设计思路,探讨防止钢混组合梁负弯矩区混凝土桥面板开裂的措施。结果表明,负弯矩区选用高性能的混凝土,同时采用顶升落梁的技术,在不施加预应力的前提下,可有效控制受拉区混凝土的裂缝产生。