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。     

节段预制拼装波形钢腹板组合梁整体受力性能试验研究

节段预制拼装波腹板组合梁桥兼有节段预制拼装工艺和波腹板组合结构的优点,极具推广价值。为研究该类型结构的抗弯及抗剪等受力性能,采用成型工艺、体内体外预应力配束比例、剪跨比、接缝数量、波腹板连接形式等参数进行了6片缩尺简支模型梁试验。描述了模型梁混凝土应变、波腹板应变、预应力筋应力、挠度随荷载变化的规律以及裂缝形成过程和破坏形态,分析了各因素对节段拼装波腹板梁受力性能的影响。研究表明:节段梁在弹性阶段与整体梁具备同等刚度;接缝影响了节段梁的破坏形态,较大地削弱了抗弯承载力;混合配束节段梁以及翼缘式连接节段梁表现出更优的力学性能。     

预制拼装混凝土节段梁的结构力学性能研究进展

预制拼装混凝土节段桥梁具有经济、施工快速、对环境影响小等优势，在世界各国的桥梁建设中已经得到大量应用。混凝土梁节段在接缝处的不连续性对结构力学性能有不可忽视的影响，是桥梁设计中需特别关注的问题。对预制拼装混凝土节段梁的力学性能研究进展进行系统梳理，分别从键齿接缝直剪性能、节段梁受弯性能、弯剪扭复合受力性能和往复加载下力学性能4个方面对研究现状进行综述，归纳总结了预制拼装混凝土节段梁结构在不同加载模式下的力学特征和承载机理。总体来说，当前对接缝直剪性能和节段梁受弯性能的承载机理已有成熟系统的认识，最新研究成果为现行设计规范中计算公式的局限性提出了修订建议；节段梁结构的弯剪扭复合受力性能及往复承载性能试验研究较缺乏，有待对其承载机制及计算分析方法开展更多研究；施工方便、性能优异的新型剪力键形式及预应力体系，未来有待开展更多研究。     

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。     

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。     

体外预应力混凝土梁接缝剪切性能及影响因素分析

接缝作为节段施工体外预应力混凝土桥梁的关键构造,也是施工薄弱环节,其力学性能直接影响桥梁整体的承载能力。依托广州市"体外预应力节段施工新技术研究"科技计划项目,以广州地铁4号线节段施工体外预应力混凝土梁为参照,采用ANSYS有限元程序建立梁的非线性数值分析和对比模型,分析节段施工体外预应力混凝土梁接缝处的剪切性能及其影响因素,得出模型梁干接缝直接剪切模式下的受力分布规律,以及接缝构造类型、混凝土强度和接缝界面的粗糙程度等对体外预应力混凝土梁剪切性能的影响程度,供工程实践参考。     

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。     

预制拼装桥梁接缝插筋对局部剪切性能影响

接缝是节段预制拼装桥梁的薄弱部位,改善接缝的局部抗剪性能具有重要意义。本文针对插筋对接缝局部剪切性能影响进行研究,通过与无插筋接缝对比,证明了插筋对接缝局部抗剪承载力和延性性能有一定贡献。在理论分析基础上,本文给出了插筋接缝局部剪切承载力计算公式。     

节段预制桥梁胶接缝配筋剪力键剪切性能试验

针对节段预制桥梁胶接缝设计普遍采用剪力键作为连接形式,制作3组共计16个匹配预制的胶接缝剪力键试件,考虑剪力键键齿齿目、键齿配筋形式以及是否配有体内束3种因素,进行直剪试验研究,以得到这些因素对胶接缝的开裂荷载、极限荷载、变形、裂缝开展模式以及最终的破坏模式的影响规律。研究结果表明：与素混凝土键齿胶接缝相比,三键齿配筋的胶接缝剪力键抗剪承载力平均提高4.52%,双键齿配筋胶接缝剪力键抗剪承载力平均提高8.73%,而布置体内束的胶接缝剪力键的抗剪承载能力提高率能达到18.6%,远大于键齿配筋;剪力键键齿配筋和布置体内束可以明显提高剪力键破坏时的延性,降低开裂荷载与极限荷载的比值,改变开裂形式;键齿处配筋使得剪力键的破坏形式从原来的素混凝土键齿根部脆性破坏变为键齿配筋处的保护层脱落破坏;布置体内束,键齿中的裂缝增多,尤其是斜裂缝发展更加充分和密集。为了方便预测胶接缝剪力键的抗剪承载能力,根据胶接缝的传力机理,依据莫尔-库仑摩擦破坏准则,并结合AASHTO规范与Buyukozturk的试验研究成果,提出了预测胶接缝配筋剪力键直剪承载力的抗剪承载力计算公式,同时将分析结果与试验结果进行对比,吻合良好。     

大跨连续刚构桥箱梁抗剪性能数值分析

以苏通大桥的大跨度连续刚构辅航道桥为工程背景,利用非线性有限元分析方法,建立中墩附近节段和跨中弯矩变号附近节段的三维实体单元模型,在考虑原有结构受力状况的条件下,对2个关键区段的抗剪性能进行数值分析,检验原有设计相应截面的抗剪承载力,得到相应结构安全系数、应力分布规律和截面破坏形态。     

弯矩和剪力组合作用下混凝土梁截面抗剪计算理论研究

为准确计算钢筋混凝土梁及预应力钢筋混凝土梁在弯矩和剪力组合作用下的截面抗剪承载力，进行钢筋混凝土梁及预应力钢筋混凝土梁截面抗剪计算理论研究。根据混凝土梁抗剪破坏特征，考虑混凝土、纵向钢筋、竖向箍筋、弯起钢筋以及预应力筋对梁抗剪性能的影响，提出一种基于楔形截面的抗剪计算模型，并对抗剪承载力的上限值和下限值进行分析。开展轻型T梁计算和足尺模型静载试验，并进行对比验证。结果表明：楔形截面抗剪计算模型解释了混凝土梁纵向钢筋、竖向箍筋、弯起钢筋的抗剪承载力贡献，并为抗剪承载力的设计提供了实用的公式；该模型的抗剪上限值为最小腹板厚度提供了理论解释，即纵向钢筋、竖向箍筋均存在一个充分配筋率下的腹板厚度；通过实例计算和足尺模型静载试验，楔形截面抗剪计算模型和计算方法相对于传统方法更为准确和合理，具有更好的理论基础。     

新型可拆卸开孔钢管连接件抗剪性能

为适用预制钢-混凝土组合桥梁快速装配化施工需求,提出一种新型可拆卸的开孔钢管连接件。通过设计不同钢管壁厚、开孔板条宽度与高度等参数的开孔方钢管连接构造试件,开展水平推出试验,研究其抗剪承载力、抗剪刚度、剪切破坏模式及相对滑移特征。考虑钢材理想弹塑性、混凝土塑性模型及钢-混凝土界面非线性接触,建立可拆卸连接件抗剪分析的高效精细有限元模型,并通过试验结果验证。采用验证的有限元模型,进行与方钢管具有相同用钢量、板厚、开孔形式的圆钢管连接件抗剪性能对比分析。研究结果表明：可拆卸钢管连接件不仅具有开孔板连接件相当的抗剪承载力,而且比焊钉连接件具有更好的延性;增加钢管壁厚能有效提高其抗剪刚度与强度,改变底部开孔形状对连接件的抗剪刚度影响较小,但对强度影响较大;圆管与方管连接件具有相当的剪切屈服强度,但方管连接件的极限抗剪强度更高,而圆管连接件的延性更好;塑性理论推导可拆卸连接件剪切屈服强度计算结果同试验、有限元结果吻合良好,证明该计算式准确、有效;建议荷载作用下,混凝土板不发生开裂和压溃,可拆卸连接件可屈服进入塑性状态,实现混凝土板、钢梁易更换、修复或重复利用。     

钢壳混凝土沉管抗剪连接件力学特性研究

钢壳混凝土沉管隧道中抗剪连接件结构体系的设置是隧道建设施工的关键技术问题。依托深中通道项目，采用试验和数值分析相结合研究方法考虑抗剪连接件脱空、受力状态、开孔参数对钢-混凝土连接性能的影响，得到三因素影响下剪力-滑移曲线的差异以及连接件承载力、刚度以及腹板曲率的变化规律；通过有限元模型对脱空与非脱空连接件进行数值计算，分析混凝土压力、拉压应力变化和剪应力变化的规律，得到3种模型下脱空与非脱空承载力和刚度的衰减特征；基于脱空、受力状态和开孔的影响，建立了考虑三因素影响的抗剪连接件承载力计算方法，并由试验结果验证其可靠性。研究结果为深中通道钢壳混凝土沉管结构合理选择连接件奠定了基础。     

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。     

全预制轻型预应力UHPC薄壁盖梁抗剪性能试验

为解决桥梁装配式施工中传统混凝土盖梁自重过大、整体吊装困难的难题,提出全预制轻型部分预应力超高性能混凝土（Ultra-high-performance Concrete,UHPC）薄壁盖梁的设计方案。为研究UHPC薄壁盖梁的斜截面抗裂性能及抗剪承载力,完成1根相似比1：2的大比例UHPC薄壁盖梁共2次模型试验,获得模型从加载到破坏全过程的开裂和破坏荷载、裂缝和变形分布规律等关键试验结果;分析梁体应变、预应力、裂缝的分布规律,考虑UHPC的应变硬化特征,基于材料力学公式提出斜截面开裂剪力的理论计算方法,考虑UHPC结构裂缝分布和结构形状系数等,提出斜裂缝宽度的计算公式。按照不同规范对UHPC盖梁抗剪承载力进行计算对比,以法国UHPC规范为基础,对比分析UHPC基体、箍筋、钢纤维及纵筋销栓作用对结构抗剪承载能力的影响程度。研究结果表明：计算结果与模型的开裂剪力以及裂缝宽度吻合良好;各国规范均低估了UHPC结构的抗剪承载能力;提出的UHPC盖梁具有自重轻、施工快捷等特点,充分利用了UHPC的超高抗拉性能和应变硬化特征,具有优异的斜截面抗裂性能以及抗剪性能;建议取消弯起钢筋、适当增加预应力筋,浇筑UHPC时应增设抗浮措施等。研究成果可为UHPC盖梁的应用提供参考。     

预制节段拼装桥墩多节点转动推覆分析方法及试验验证

为了给预制拼装桥墩抗震设计计算提供参考,针对典型预制拼装桥墩所采用的仅无黏结预应力或无黏结预应力+耗能钢筋连接方式,考虑混凝土、耗能钢筋和预应力筋的非线性本构模型,推导了预制节段拼装桥墩多节点转动推覆分析计算过程。基于关键截面弯矩-曲率分析确定弯矩承载力和对应的墩顶水平荷载,然后计算各个接缝的弯矩和曲率,进而计算墩顶位移。开展了2种接缝连接方式预制节段拼装桥墩试件拟静力试验,将多节点转动推覆分析方法模拟结果与拟静力试验结果进行对比,分析预制拼装桥墩水平抗力-侧移曲线以及接缝张开、预应力筋应力、墩柱转角随侧移的变化,各种位移机理对墩顶位移的贡献,接缝处混凝土应变等。研究结果表明:多节点转动模型与单节点转动模型水平承载力计算结果基本一致,而多节点转动模型桥墩侧移计算结果大于单节点模型计算结果,多节点模型计算精度更高;多节点转动模型接缝张开、预应力筋应力和接缝转动计算结果与试验结果基本一致;开始时墩顶位移主要由剪切位移和整体弯曲位移提供,随着墩顶位移的增大,墩底接缝转动对墩顶位移的贡献逐渐占主导地位;墩柱混凝土轴向应变测试结果验证了各个接缝处混凝土应变随着墩高逐渐降低的趋势,接缝处的混凝土轴向应变远大于墩柱混凝土轴向应变。     

UHPC中MCL形组合销的抗剪性能

改进螺旋线（Modified Clothoide，MCL）形组合销是抗剪性能优异的一类新型剪力连接件，在组合结构桥梁中具有广阔的应用前景。为探究MCL形组合销在超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete，UHPC）中的抗剪性能，依据新型波形组合桥面板结构中MCL形组合销的纵向和横向受力特征，设计并开展了纵向和横向2类推出试验；建立了考虑材料与界面接触等非线性因素的2类推出试验有限元模型，基于试验结果验证了有限元模型的适用性；采用有限元模型开展了结构的全过程受力分析，阐明了2类推出试验的荷载传递历程与破坏机理；依据受力特征和破坏模式，推导了适用于钢销失效破坏模式的MCL形组合销纵向极限抗剪承载力计算式；通过现有公式对比，确定了适用于UHPC压溃破坏模式的MCL形组合销横向极限抗剪承载力计算式。结果表明：UHPC中MCL形组合销的纵向和横向抗剪性能差异显著，纵向抗剪性能表现出良好的延性特性，而横向抗剪性能表现出较高的抗剪刚度和抗剪承载力；主要力学指标的有限元计算值与试验结果符合较好，验证了有限元模型的适用性；MCL形组合销的纵向破坏模式主要表现为钢销产生较大的塑性变形，其根部截面进入屈服状态，而横向破坏模式主要表现为钢销下侧UHPC压溃；纵向和横向极限抗剪承载力计算值与试验值之比的均值分别为1.18，1.06，标准差分别为0.13，0.01，计算值与试验值吻合良好。     

预制节段钢纤维混凝土梁干接缝抗剪性能试验

预制节段混凝土梁的干接缝具有不连续性,是薄弱环节和重要部位,在设计和施工期间需要得到更多的重视。以接缝类型（整体式接缝和单键齿干接缝）、混凝土类型（C60混凝土和CF60钢纤维混凝土）、钢纤维掺量（40,60,80 kg·m^-3）和水平正应力（0.5,1.0,2.0 MPa）作为试验参数,对18个C60混凝土和CF60钢纤维混凝土试件进行直剪性能试验,记录试件开裂载荷、极限载荷和残余载荷,观察试件裂缝形态和破坏模式,研究规范化剪应力-垂直位移曲线以及载荷-水平位移关系,并将极限抗剪强度试验值与AASHTO 2003规范和其他设计公式计算值进行比较。应用有限元分析软件ABAQUS对试验进行数值模拟。研究结果表明：极限剪切荷载模拟值与实测值吻合良好,模拟的键齿裂纹开展情况与试验吻合;使用钢纤维混凝土可提高整体试件和单键齿接缝的抗裂性、抗剪强度、残余载荷和规范化极限剪应力;钢纤维可以改善整体式和单键齿试件的变形能力,并且随着钢纤维掺量的增加,单键齿试件的开裂荷载、极限荷载和残余荷载也随之增大;AASHTO 2003规范和其他设计公式都低估了C60混凝土和CF60钢纤维混凝土单键齿干接缝试件的抗剪能力,公式偏安全,其中Alcalde公式预测值更吻合,Rombach公式预测最保守。     

后张预应力节段拼装CFST桥墩抗侧力学行为试验

为发展绿色、高效及可恢复功能的新型预制装配式桥梁结构体系,提出将钢管混凝土(CFST)应用于后张预应力节段预制拼装桥墩的结构形式。介绍了后张预应力节段拼装CFST桥墩关键构造、受力状态及力学行为特征,建立其关键部件设计方法。设计并加工制作了试验模型试件,开展了轴心后张预应力节段拼装CFST桥墩侧向往复加载拟静力试验,揭示了其水平往复加载过程中的滞回行为、骨架曲线、预应力损失、耗能能力、节段间接缝张口、节段间接缝滑移及塑性铰发展等非线性力学行为。研究结果表明:该后张预应力节段拼装CFST桥墩具有较高的抗侧能力和良好的自复位性能,侧向承载能力失效时残余偏移率为0.2%;水平往复位移将会造成较大的预应力损失,失效时即水平最大位移偏移率5.8%时,预应力损失约15%;节段预制拼装CFST墩柱出现双塑性铰效应,底部接缝开口较大,其上相邻接缝处开口量显著减小;试验后接缝处没有出现显著水平移位或错动现象,预制节段墩身没有出现明显外观损伤,底部接缝处应力集中区域钢管内少量混凝土破碎,导致钢管局部屈服;无附加耗能装置的后张预应力节段拼装桥墩耗能能力较差,建议在接缝开口处附设耗能装置。研究成果可为自复位预制拼装CFST桥墩设计和性能优化提供重要参考。     

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。