钢-UHPC组合桥面板性能分析及应用

超高性能混凝土(UHPC)是一种高性能混凝土材料,在大跨结构中有着比一般混凝土更加宽广的前景。针对传统正交异性钢桥面板普遍存在的桥面板疲劳与桥面铺装易损坏等问题,提出钢-UHPC组合桥面板结构由薄UHPC桥面板以及钢梁组成,有着耐久性强、徐变收缩小、不易开裂、比强度大等优势,在大跨结构应用时,可以解决传统的钢桥面板铺装易损和桥面疲劳开裂等问题。     

新型装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁受力性能

为综合解决传统钢-混凝土组合结构中混凝土桥面板自重偏大和负弯矩区易开裂的问题,引入超高性能混凝土（ultra high performance concrete,UHPC）华夫板代替普通混凝土桥面板,提出一种新型组合梁—装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁. 以某典型3跨连续梁桥为研究对象,分别建立3跨连续梁整体和中支座区域梁段的有限元模型,研究了不同荷载工况下新型装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁的受力性能,分析了UHPC华夫型上翼缘关键设计参数对该新型组合梁力学性能的影响规律,对比研究了组合榫型剪力槽与栓钉型剪力槽对该新型组合梁受力性能的影响. 研究结果表明:在恒 + 活组合作用下,中支座负弯矩段华夫型上翼缘纵肋底缘和面板最大拉应力均小于配筋UHPC的抗拉强度设计值;当UHPC华夫型上翼缘纵、横肋宽90 mm、高200 mm,纵肋间距700 mm,横肋间距600 mm,面板厚60 mm时,UHPC华夫型上翼缘受力较为合理;组合榫型剪力槽更适用于新型装配式UHPC华夫型上翼缘组合梁.      

组合梁负弯矩区UHPC接缝有限元分析研究

针对连续组合梁桥负弯矩区桥面板易开裂的问题, 提出了新型钢-混组合梁负弯矩区 UHPC (Ultra-High Performance Concrete) 接缝方案。 使用 Abaqus 有限元软件对试验梁的加载过程进行模拟, 并验证了有限元建模方法的正确性, 分析了 UHPC 层内配筋率、 UHPC 龄期及钢梁下翼缘钢板厚度对结构抗弯性能的影响。 研究结果表明, 新型钢-混组合梁负弯矩区 UHPC 接缝结构具有技术先进性, 配筋率的增大可提高组合梁 UHPC 接缝结构的抗弯能力, UH? PC 龄期的变化主要影响抗裂性能, 而钢梁下翼缘厚度的改变对抗弯承载力的提高作用较为明显; 为充分发挥钢筋的受拉作用, 提高结构的极限承载力, 须采取一定措施防止钢梁提前屈曲。     

双主梁钢板组合梁负弯矩区UHPC接缝设计和计算

为了解决双主梁钢板组合梁负弯矩区桥面板易开裂的难题, 将超高性能混凝土 UHPC (Ultra-High Per? formance Concrete) 应用于横向现浇湿接缝。 以瑞苍高速公路一联双主梁钢板组合连续梁桥为工程背景, 介绍了负弯矩区 UHPC 接缝方案的设计要点, 并与常规接缝方案进行技术对比。 同时, 通过有限元建模计算, 分析了 UHPC 接缝的受力性能。 研究结果表明： 负弯矩区 UHPC 接缝结构技术先进, 便于快速化施工; 承载能力、 抗裂性能及 UHPC 桥面板疲劳性能均可满足要求, 安全性能良好, 应用前景广阔。     

钢-混连续组合梁负弯矩区处理方法研究

钢-混组合梁具有自重小、抗震性能好且用钢少、刚度大饶度小特点,钢-混连续组合梁与简支组合梁相比,可以提高负载能力,增强刚度,增大应用跨度。但其墩顶负弯矩区会产生混凝土受拉、钢梁受压的不利情况,通过介绍钢-混连续组合梁桥负弯矩区的设计处理方法,比较了各种方法对减小负弯矩区内混凝土桥面板的拉应力,从而限制裂缝宽度、防止钢梁失稳的作用。并最终达到改善了负弯矩区桥面板的受力性能,确保结构的耐久性和使用性能。     

双面组合连续梁桥施工阶段模拟分析

钢-混组合梁桥因其自重轻、刚度大得以在世界范围内迅速发展,但钢-混组合连续梁桥中负弯矩区会出现钢梁受压,混凝土受拉的不利情况。通过在负弯矩区钢箱梁内浇筑混凝土,形成双面组合梁可以明显改善这一问题。以一座钢-混双面组合连续梁桥为研究背景,运用MIDAS FEA建立精细化有限元模型模拟该实桥的施工阶段。研究结果表明:双面组合连续梁桥能够有效提高结构的刚度,减小钢梁的受力和提高负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性。     

轻型组合桥面板受力性能影响因素分析

采用UHPC作为铺装层是解决正交异性钢桥面疲劳开裂的一种有效措施,可缓解铺装层病害的产生,在增强结构受力性能的同时延长了服役时间。以某采用UHPC铺装层的轻型组合桥面板为研究对象,采用数值仿真分析了三种设计因素对桥面结构受力的影响,包括栓钉间距、UHPC厚度和钢筋网间距。研究结果表明：UHPC厚度的差异导致栓钉间距对UHPC上表面拉应力极值的影响不同;UHPC厚度确定后,弧形缺口主应力与剪力钉间距之间、UHPC上表面拉应力与钢筋网间距之间均表现为正相关变化关系;当栓钉间距确定后,UHPC上表面拉应力与自身厚度间表现为正相关变化关系。     

大跨度组合梁斜拉桥辅助墩区桥面板受力研究

组合梁斜拉桥辅助墩区混凝土桥面板,在恒活荷载作用下受拉易产生裂缝。为研究斜拉桥辅助墩区混凝土桥面板的纵横向受力特性,以(210+438+210)m组合梁斜拉桥为工程背景,运用大型有限元软件ANSYS11.0建立"梁-实-壳-杆"的混合有限元模型,并对其进行仿真分析。结果表明,在短期组合作用下,辅助墩区桥面板纵横向受力总体呈受弯状态,拉应力明显超标。为提高辅助墩区桥面板的耐久性,提出了在其钢梁内浇筑混凝土填实段的改善措施,为后续同类组合梁斜拉桥设计与研究提供参考。     

钢-ECC/UHPC组合梁负弯矩区力学性能研究

为改善钢-混组合梁负弯矩区混凝土易开裂缺点,引入工程水泥基复合材料(ECC)和超高性能混凝土(UHPC)代替普通混凝土(NC)形成钢-ECC/UHPC组合梁,展开了1片钢-NC组合梁、1片钢-ECC组合梁和2片钢-UHPC组合梁的负弯矩区静力试验;结合有限元分析方法对比了不同类型混凝土的应变、裂缝扩展与分布特点,分析了混凝土类型和配筋对钢-混组合梁破坏形态、承载能力与变形能力影响规律。研究结果表明：钢-混组合梁在负弯矩作用下整体协同工作性能良好,破坏形态均为弯曲破坏;ECC和UHPC裂缝呈现纤细的特点,ECC尤为明显;与钢-NC组合梁相比,钢-ECC组合梁和钢-UHPC组合梁的开裂荷载分别提高了2.00和2.75倍,抗弯刚度分别提高了17.23%和35.73%,抗弯承载力分别提高了9.00%和6.81%,表明UHPC抗裂能力更强,可以有效改善钢-混组合梁负弯矩区桥面板抗裂性能,ECC与UHPC代替NC可以提高钢-混组合梁的抗弯刚度和承载力;配筋与无筋钢-UHPC组合梁的开裂荷载和前期刚度无显著差异,无筋钢-UHPC组合梁破坏时形成贯通裂缝,其承载力相比配筋钢-UHPC组合梁下降了13....     

钢混凝土连续组合梁负弯矩区抗裂设计优化研究

虽然钢混凝土连续组合梁桥在支座处负弯矩区混凝土桥面板处施加了预应力,但仍然存在桥面板拉应力过大导致混凝土开裂的问题。为解决这一难题,以山东省广饶县小清河特大桥2 号主桥为例,在对钢混凝土连续组合梁桥的设计难点及其相关技术措施进行评价的基础上,基于部分组合技术及桥面板混凝土分步浇筑技术,对钢混凝土连续组合梁桥的支座处负弯矩区的受力性能进行优化设计。基于Midas Civil 有限元模型,重点对该组合梁桥负弯矩区的抗裂性、支点反力及全桥刚度进行研究。研究结果表明:同时使用部分组合技术和桥面板混凝土分步浇筑技术,桥梁营运期内负弯矩区混凝土桥面板始终受压;仅采用部分组合技术或桥面板混凝土分步浇筑技术,桥梁营运期内负弯矩区混凝土桥面板受到拉应力作用,且拉应力较大。由此可知,综合使用部分组合技术和桥面板混凝土分步浇筑技术,可以有效降低钢混凝土连续组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的拉应力,防止混凝土桥面板开裂,改善桥梁耐久性。     

钢—混组合箱梁桥的正常使用阶段静力分析

以某钢—混组合箱梁桥为例,依据新规范建立了该桥的有限元分析模型进行该桥的正常使用阶段进行静力验算分析,结果表明正常使用阶段钢箱梁的正应力、混凝土桥面板的压应力满足规范的要求,但在中墩区域及其附近、边跨梁端长预应力束锚固区域,混凝土桥面板可能会开裂,钢—混组合梁的计算挠度和验算结果满足规范要求。     

基于扩展有限元的钢-STC组合桥面开裂性能研究

采用H型钢-超高韧性混凝土(STC)板的组合结构形式可有效改善传统正交异性钢桥面-超高韧性混凝土组合桥面结构中存在的结构疲劳开裂问题。为了研究不同结构参数对H型钢-STC组合桥面结构开裂性能的影响规律,基于ABAQUS以及扩展有限元方法(XFEM)建立了考虑裂纹扩展的组合梁有限元模型,对不同桥面板厚度、配筋率条件下开裂性能以及延性的变化规律开展了有限元模拟研究。研究结果表明,与采用普通混凝土(C50)相比,不同混凝土板厚度条件下,采用STC对开裂强度与延性的提升效果最大分别为175.0%与446.3%,而不同配筋率条件下的提升效果最大可达205.1%与1 330.3%。为H型钢-STC组合桥面结构在实际桥梁工程中的应用提供相应的技术支撑与建议。     

带开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁抗弯性能

为探究高强钢(HSS)-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,考虑剪力连接度影响,设计并完成3片设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁跨中两点对称加载试验;对剪力连接度分别为1.02、0.89和0.76的HSS-UHPC组合梁抗弯刚度、挠度、界面滑移、应变分布规律及钢梁与UHPC板的整体工作性能等进行分析,探讨了该型结构的受弯破坏机理;通过建立HSS-UHPC组合梁的ABAQUS非线性有限元计算模型,分析了混凝土强度、翼板厚度、钢材强度三者间的匹配关系,评估了现有简化塑性理论对该型组合梁抗弯计算的适用性。研究结果表明:设置开孔板连接件的HSS-UHPC组合梁具有较高的抗弯承载能力和良好的塑性变形能力,其抗弯刚度和延性均能满足工程使用要求;UHPC板与HSS梁在弹性受力阶段的界面滑移发展缓慢,最大滑移出现在1/8梁长附近;进入塑性受力阶段,界面滑移迅速增大,且最大滑移断面逐渐外移至梁端;剪力连接度对HSS-UHPC组合梁的抗弯性能影响显著,连接度由1.02分别减小至0.89和0.76时,结构的早期抗弯刚度分别降低了7.0%和8.7%,极限承载力也分别减小了9.2%和14.6%,界面最大滑移则分别增大了15.8%和17.0%;对比试验研究、数值模拟和理论计算结果三者吻合良好,数值结果显示采用Q690取代Q460的组合梁抗弯承载力提高了29.0%,但延性下降了39.7%;提高UHPC强度和增大混凝土翼板厚度均能显著改善HSS-UHPC组合梁延性并增强其抗弯承载力。      

钢—混凝土组合梁桥混凝土桥面板的抗裂设计方法研究

以重庆市合川区乡野步道云门试验段连接桥工程4#桥为例,分析该钢—混凝土组合梁桥在设计上提高混凝土桥面板抗裂性能的方法。该桥在结构上采用V形支撑降低墩顶负弯矩峰值,在施工过程中采用桥面板滞后结合法、跨中压重法增大墩顶负弯矩区压应力储备,从而降低了成桥墩顶负弯矩区拉应力,提高了混凝土桥面板的抗裂性能。通过分析提高混凝土桥面板抗裂性能的结构设计方法以及施工过程的抗裂措施,为钢—混凝土组合梁桥的设计提供参考。     

钢-UHPC桥面板湿接缝负弯矩试验研究

某斜拉桥的次边跨和中跨的桥面板采用8 mm平钢板+15 cm UHPC层+PBL剪力键的新型组合体系.桥面板预制段UHPC依靠阶梯式燕尾榫湿接缝连接.为研究该组合桥面板湿接缝的负弯矩静力性能,制作足尺模型试件进行试验.通过施加荷载,测量各级荷载下桥面板试件的位移、应变,并观测裂缝,获得荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、裂...     

具有拼接钢主梁的钢混双面组合梁受力性能研究

研究对象为具有拼接钢主梁的钢与混凝土双面组合连续梁,钢主梁段采用翼缘板和腹板盖板由高强螺栓拼接。理论分析了拼接截面的弹性、塑性极限承载力及其受力变形特征;通过有限元分析软件ANSYS建立拼接节点的实体模型,得到拼接节点的弯矩转角曲线。依据得到的拼接节点本构关系,分别建立拼接钢主梁的两跨连续组合梁和无拼接的两跨连续组合梁的有限元模型,分析对比二者的变形能力及承载性能:当荷载较小时,两种不同拼接方式的连续组合梁具有相同的结构刚度;随荷载的增加,克服高强螺栓提供的摩擦力后,拼接节点开始表现出半刚性特性,拼接组合梁刚度将逐渐减小。结果表明,在满足组合梁结构强度和刚度的前提下,合理的钢主梁半刚性连接设计可用来增强组合梁结构的变形能力。结论可供高强螺栓拼接钢主梁的钢与混凝土组合梁设计计算参考。     

钢箱-混凝土组合梁桥施工期开口钢箱的稳定性分析

钢箱-混凝土组合梁桥具有自重轻、施工速度快等特点,但在开口钢箱与混凝土桥面板形成组合作用前,钢梁在施工阶段的稳定性可能成为控制设计的因素。文章以跨径25?m钢箱-混凝土组合梁桥为对象,运用三维有限元模型,对其在最不利施工阶段的整体稳定及局部稳定进行参数分析,研究表明,开口钢箱设置单斜撑式上口平联能有效增强侧向扭转稳定性;为保证开口钢箱的整体稳定性,钢箱间侧向横撑的合理间距范围是1/3L0~1/2L0;当平联节间长度与箱梁开口宽度之比β小于6时,可满足钢箱腹板局部稳定性要求;翼缘的宽厚比bf /tf的取值范围在7≤bf /tf≤12时,可满足钢箱翼缘局部稳定性要求。     

42 m简支多主梁活载组合钢板梁有限元分析

简支组合钢板梁桥具有构造简单、自重轻、强度高、施工方便等优点,在桥梁建设中有着广泛的应用。当桥梁较宽时,多主梁的布置方式可以充分改善主梁及桥面板的受力从而使构造简化。以某42m简支多主梁活载组合钢板梁为对象,通过大型通用有限元软件MIDAS CIVIL分别按照双层单元法、联合截面法、混合单元法建立了有限元模型,对这种组合梁的受力及建模方式进行了比较。结果表明:组合作用下,双层单元法和联合截面法的应力基本一致,二者与混合单元法相比较,钢主梁顶板应力比较接近,底板应力偏大。     

大跨度组合梁斜拉桥成桥状态参数敏感性分析

为保证大跨度钢-混组合梁斜拉桥成桥后的主梁线形和结构各部位的受力均满足规范要求,以赤壁长江公路大桥为研究对象,考虑几何非线性因素建立有限元模型,对桥梁施工全过程进行仿真模拟.研究了成桥状态的主梁线形、控制截面应力、斜拉索索力对钢主梁的重量和弹性模量、桥面板的重量和弹性模量、拉索的弹性模量及温度误差的敏感程度.研究结果表...     

箱桁组合钢梁斜拉桥剪力滞效应分析

以某在建大跨度公铁两用斜拉桥为背景,建立了箱桁组合整体有限元模型。对整体钢箱桥面的剪力滞效应进行了分析,并研究横隔板间距、桥面板厚度和箱梁截面高度等参数对桥梁剪力滞效应的影响规律。结果表明:箱桁组合钢梁中整体钢箱桥面存在一定的剪力滞后现象,边跨由于应力水平较低和支座处受力复杂导致剪力滞后效应较明显,过渡墩支点处最大应力不均匀系数为9.27;中跨大部分节段剪力滞后效应较小,顶板应力不均匀系数在1.06左右,底板应力不均匀系数在1.09左右,顶板应力均匀程度高于底板;从中跨跨中向桥塔方向,应力不均匀系数逐渐减小;随着横隔板间距、桥面板厚度和截面高度的增大,顶、底板应力不均匀系数减小,其减小值在5%以内。