主跨400 m的UHPC连续梁桥优化设计

利用超高性能混凝土(UHPC)的优越性能,提出了与之相适应的新型箱梁结构,目的是利用材料的高强度及新结构的轻型化,解决常规混凝土连续箱梁桥易开裂、下挠和自重过大、跨径难以突破300 m的难题.在原有工作的基础上,对主跨400m的UHPC连续箱梁桥进行了整体性能分析及优化设计,优化内容包括桥梁边跨长度、梁高、板厚等主要参数,以得到其合适的取值范围,根据优化结果建议:边跨与主跨跨径比范围为0.55 ～0.65;中支点梁高与主跨跨径比范围为1/20 ～ 1/25;跨中梁高与支点梁高比范围为1/1.8～1/2.3.整体性能分析结果表明:运用UHPC及新结构,能轻松实现连续梁桥400 m跨径的突破,并具有较大的整体刚度及安全储备.综合考虑长期社会经济效益,在主跨跨径300 ～ 500 m范围内,该新型结构可与斜拉桥、悬索桥等其他桥型形成强有力的竞争选型方案.     

正交异性钢桥面板实桥试验研究与应力分析

本文选取U肋与桥面板连接区域、U肋与横隔板交叉部位、U肋等细节,通过实桥静力试验,结合有限元模型分析,研究正交异性钢桥面板局部应力的大小和分布规律.结果表明:钢桥面板各关键构造细节的应力影响线都比较短,纵向应力主要受两个横隔板间距的影响,横向应力受与其相邻的两个U肋间距内荷载的影响;当车辆通过时,测点会出现多个应力循环;在U肋-横隔板连接焊缝附近,U肋腹板上的应力水平较高;横隔板弧形切口自由边缘两侧应力性质相反,一侧受压、一侧受拉,应力幅值较大,存在疲劳开裂隐患;因此设计中应该对构造细节进行详细研究分析,并注意焊接区域的细部设计与制造,避免疲劳开裂.     

超长悬臂钢-砼组合行车道梁的理论分析与试验研究

长沙市洪山大桥是一座竖琴式无背索斜塔斜拉桥,主跨跨径206 m,主梁为脊骨梁布置形式,两侧挑梁采用13 m超长悬臂钢-砼组合梁结构,纵向间距4 m.为了准确把握钢挑梁的受力特性,提出了采用修正的铰接梁法计算钢挑梁的荷载横向分布系数,推导了详细的计算公式,并进行了模型试验研究予以验证,试验结果与理论分析结果吻合良好;采用压重320 kN的方法解决负弯矩区域砼板的开裂问题;综合比较各种规范关于砼收缩徐变的规定;分析了砼板的裂缝宽度;为大桥设计和类似工程提供重要的参考和指导.     

砼箱形梁横向温度应力计算分析

参照４个国家５种规范关于温度梯度的不同规定,对３种不同桥型的砼箱梁的温变横向应力作了计算和比较,产对温度敏感性作了分析,结论表明温度效应是桥面开裂的重要原因之一。     

UHPC-T形梁斜截面抗裂性能试验

为研究UHPC梁的斜截面抗裂性能并提出合理的评价指标和设计建议，以期能充分利用UHPC超高的抗拉性能及优秀的裂缝控制能力，设计了5片预应力UHPC-T形梁，并完成其静力加载模型试验，试验参数为剪跨比、箍筋和钢纤维含量，获得了开裂荷载、裂缝分布和应变等关键试验结果。试验结果表明：当剪跨比增加时，开裂荷载会减小，斜裂缝宽度的发展速度却加快；箍筋对开裂荷载影响较小，但能抑制斜裂缝的发展；钢纤维含量的增加会提高开裂荷载和减缓斜裂缝的发展速度。根据材料力学公式推导出斜截面开裂剪力计算公式，进一步采用极限平衡法建立正常使用阶段斜裂缝宽度的计算方法，计算值与试验值吻合良好且偏于安全。通过计算实测开裂剪力作用下斜截面的主拉应力可知：开裂时斜截面的主拉应力会超过UHPC的抗拉强度，不仅体现了UHPC的应变硬化特性，还反映了UHPC梁良好的斜截面抗裂性能。对比各国规范的斜截面抗裂设计规定，中国规范建议稿的容许应力值较为保守。基于开裂时的主拉应力水平和各国规范规定，建议放宽整体预应力UHPC梁的主拉应力限值，取为60%的弹性极限抗拉强度并考虑纤维分布的不均匀性。对于允许开裂的UHPC梁，应验算正常使用阶段的...     

直缝型后张预应力装配式UHPC挡块抗震性能研究

针对常规普通混凝土挡块在震后修复较困难的问题，提出一种适用于中小跨径桥梁结构的可替换直缝型后张预应力装配式超高性能混凝土（UHPC）挡块结构形式。设计并制作了4组装配式UHPC挡块模型试件，分别进行拟静力破坏试验，探讨了加载高度、挡块厚度和预应力初张力大小对后张预应力装配式UHPC挡块抗震性能的影响。然后，建立ABAQUS有限元分析模型并与试验结果进行校核验证，通过一系列有限元参数分析研究了挡块摩擦因数、荷载加载高度、预应力初张力值和UHPC挡块厚度对新型挡块转动机制的影响机理。研究结果表明：装配式UHPC挡块具有良好的抗震位移能力和自复位功能；挡块与盖梁间的摩擦因数对挡块转动性能的影响可忽略不计；加载高度增加会导致挡块转动临界荷载和承载能力下降；增加挡块厚度能显著提升挡块自身强度，降低挡块地震损伤；增大预应力初张力大小能够提高挡块的临界转动荷载和承载能力；进行后张预应力装配式UHPC挡块设计时，可直接利用预应力初张力和加载高度等参数来估算挡块的设计临界转动荷载。     

变截面CSW-UHPC组合梁负弯矩区弯曲性能试验研究

为改善常规混凝土波形钢腹板(CSW)组合梁受拉区的受力性能，进一步减小结构重量并推动超高性能混凝土(UHPC)在桥梁工程中的应用，提出一种新型变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构，为研究其基本受力特征，特别是其抗弯与抗裂性能，设计并完成了一片预应力变截面CSW-UHPC组合悬臂箱梁的负弯矩静力模型试验，测试得到试验梁的荷载-应变响应、裂缝开展模式、挠度及破坏荷载等试验结果。依据试验结果对结构的剪力滞效应和钢腹板承剪比进行了研究；并深入研究了CSW-UHPC组合箱梁的抗裂性能和抗弯承载力计算方法；同时，完成了试验梁的非线性有限元分析。结果表明：这种变截面CSW-UHPC组合箱梁表现出良好的受力、变形和抗裂性能；试验梁的悬臂根部截面产生了负剪力滞效应，剪力滞效应越靠近加载点越明显；悬臂端部到根部截面，试验梁腹板承剪比从80.33%逐渐减小至2.15%;试验梁的极限抗弯承载能力和抗裂弯矩的理论值与试验值较为吻合，建议在计算承载力时，k值取为0.1～0.2。研究成果可为变截面预应力CSW-UHPC组合箱梁结构的设计与应用提供参考。     

变截面波形钢腹板-UHPC组合箱梁剪应力试验

为进一步减轻大跨径变截面桥梁结构自重，增加结构跨越能力并增强结构抗裂性能，提出了变截面波形钢腹板(Corrugated Steel Webs, CSW)-UHPC组合箱梁结构新理念，该结构截面尺寸更小、自重更轻，其结构剪力分布、截面剪应力分布与常规组合结构区别较大，需深入研究。以变截面CSW-UHPC组合箱梁为研究对象，取变截面微段进行受力分析，结合剪应力互等定理，推导了系统完善的腹板剪应力计算公式，并基于工程需要，提出了一种简化计算方法。继而，设计了一片大比例变截面CSW-UHPC模型梁，模拟大跨径组合梁桥施工过程中典型的受力状态，完成了不同边界条件、不同加载位置、不同加载类型及微裂缝状态共计6种工况下的静力加载试验，获得了各截面剪应力分布及沿跨度方向承剪比变化规律，并结合空间实体有限元模型对计算理论进行全面的验证。结果表明：各工况下腹板实测剪应力值与所提公式理论值、有限元结果吻合良好，证明了所提公式的正确性；组合箱梁倾斜底板参与了截面抗剪而不可忽略，体现出明显的变截面效应；特别是最大悬臂工况下其模型梁根部位置附近承剪比仅为2%～6%,剪力大部分由倾斜底板来承担，实测和理论剪应力大小...