活性粉末混凝土与普通混凝土叠合T梁静载抗弯性能研究

通过12片T形活性粉末混凝土(RPC)-普通混凝土(NC)叠合梁试件和1片NC整浇梁试件的静载试验,研究RPC受拉区高度、NC强度等级、受拉纵筋配筋率对组合梁抗弯静载力学性能的影响.结果表明:随RPC受拉区高度增加,叠合梁的受弯开裂形态从接合面处NC先裂转变为梁底RPC先裂,且开裂荷载增加,但最终受弯破坏形态与整浇梁一致;叠合梁抗弯承载力随纵筋配筋率的提高而增大;提高NC强度等级对叠合梁抗弯承载力有一定提高作用.提出叠合梁开裂弯矩的计算方法,计算结果与试验吻合良好.使用有限元软件OpenSEES对RPC-NC叠合梁正截面抗弯破坏全过程进行分析,并基于扩展有限元理论(XFEM)对OpenSEES进行二次开发,分析叠合梁受弯开裂裂纹扩展全过程,分析结果与试验吻合良好,为进一步分析RPC-NC叠合梁开裂行为提供了理论应用基础.     

正交异性钢桥面-RPC薄层组合铺装体系研究

为了综合解决钢桥面疲劳开裂和铺装层易损坏两大棘手问题,本文提出薄层活性粉末混凝土(RPC)钢桥面组合结构.正交异性钢桥面铺装有限元模型计算结果表明:相对于柔性铺装,组合铺装体系中铺装层最大拉应力、剪应变、竖向位移降幅分别为54.8%,78.9%和39.1%;组合铺装体系结合面抗剪试验及钢桥面-RPC悬臂梁抗拉疲劳试验结果表明:在高温(60℃)不利条件下,RPC与沥青磨耗层界面抗剪强度为1.3MPa;RPC与钢板抗剪栓钉承载力为66.75kN;在拉应力幅值7.5～14.5MPa条件下,钢桥面-RPC悬臂梁承受200万次疲劳荷载没有出现裂缝.研究结果显示,薄层组合桥面铺装体系,有效降低了铺装体系应力应变幅值以及局部竖向变形,且铺装层各结合面抗剪强度可以满足使用要求.     

体外预应力RPC箱梁受弯加载试验研究

进行体外预应力RPC箱梁模型两点对称受弯加载试验,研究了荷载-挠度曲线、截面应变、裂缝分布和破坏模式等问题,并对模型梁跨中正截面抗弯承载力进行了计算分析.结果表明,模型梁属于整体受弯破坏,采用预制节段拼装的施工方法是可行的;模型梁中混凝土对开裂弯矩的贡献明显大于同类普通混凝土梁,开裂时跨中受拉区边缘RPC应变约为普通混凝土的4~6倍;采用体外预应力提高了模型梁的开裂弯矩和增加了其延性,模型梁开裂弯矩为极限弯矩的55%;开裂时梁的跨中挠度仅为跨中极限挠度的20%;体外预应力RPC箱梁进行正截面承载力计算时应考虑RPC的受拉作用,并且可参照本文算法进行设计计算.     

正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区抗弯性能分析

为探究正交异性钢-混凝土组合板负弯矩区的抗弯性能，对3块正交异性钢-混凝土组合板进行了抗弯静载试验和非线性数值分析，研究了不同因素对混凝土负弯矩开裂荷载和组合板整体抗弯极限承载力的影响.结果表明：正交异性钢-混凝土组合板呈现典型的弯曲破坏形态；当钢纤维体积分数为1%时，钢-混凝土组合板开裂弯矩的提升率最大，但钢纤维体积分数的改变对整体抗弯极限承载力影响较小；正交异性钢-混凝土组合板的开裂弯矩与正交异性钢板强度无关，极限弯矩则随钢板强度的增加而增大；增加混凝土板厚能提高组合板开裂弯矩和极限弯矩，当混凝土板厚度与正交异性钢板高度比值为0.8时，开裂弯矩的提升率最大.     

连续钢梁SFRC组合桥面板的优化设计

为探究中大跨径连续钢梁钢纤维混凝土（SFRC）组合桥面板优化设计方法,研究结合SFRC组合板偏拉试验与数值模拟所得SFRC受拉开裂特性,依据现有连续钢梁构造特点,采用SFRC代替原设计中C50混凝土铺装,通过Abaqus建立SFRC组合桥面板钢箱梁节段模型进行参数分析,考察了SFRC板厚、钢顶板厚、配筋率对主梁抗弯刚度、钢结构应力影响的特点。在此基础上以主梁弹性抗弯刚度和关键截面应力为约束条件,以上部结构自重与材料成本为优化目标,对中跨50 m和80 m连续钢梁进行优化。最后依据变量优化结果,采用Midas建立考虑负弯矩区SFRC开裂的杆系模型来验证优化结果的合理性。结果表明：文中引入材料塑性损伤的有限元分析方法具有可靠性,所建立的SFRC裂缝宽度与受拉损伤因子关系可以表征SFRC开裂状态。连续钢梁上80～120 mm厚SFRC层参与受力后使主梁弹性抗弯刚度提升17%～24%,当SFRC裂缝宽度达0.20 mm时,主梁抗弯刚度折减13%～20%;钢顶板应力降低7%～12%,主梁负弯承载力无明显变化。增大顶板厚度与配筋率均可有效改善钢顶板应力。对SFRC层厚、配筋率、钢顶板与顶板加劲肋尺...     

钢板-CRRPC-TPO复合梁弯拉受力非线性分析

为解决大跨径钢桥面铺装面临的疲劳开裂和铺装易损等难题,提出钢桥面CRRPC-TPO超高性能轻型组合桥面铺装体系。考虑TPO,RPC及钢材的非线性本构关系,对新结构复合梁进行弯拉非线性仿真模拟,得到复合梁的初裂点、钢材屈服点以及复合梁破坏点的荷载和结构变形。研究结果表明:荷载-挠度曲线理论计算能够较好地反映钢板-CRRPC-TPO新型组合结构体系的受力特点及变形性能,特征点荷载误差为3.2%~3.9%,挠度误差为5.7%~8.7%;复合梁数值计算的初裂荷载及极限荷载均比试验结果略小,运用本文编制的数值计算程序进行工程设计偏于安全。     

钢-活性粉末混凝土组合梁的极限承载力

对于连续体系的钢.普通混凝土组合梁,处于负弯矩区的混凝土桥面板由于抗拉强度低,极易受拉开裂,导致组合梁的强度与耐久性下降.针对这一问题,提出了采用超高强度、高耐久性、高韧性且体积稳定性良好的活性粉末混凝土(RPC)材料代替普通组合梁中的混凝土桥面板,并根据RPC材料的本构关系及抗拉强度高的特点,确定以临界开裂状态作为这种新型钢,RPC组合梁的正截面破坏模式,推导了极限承载力计算公式,并对组合截面中RPC板与钢梁的高度比、宽度比、RPC板中的配筋率进行了参数影响分析.结果表明:钢.RPC组合梁与同条件的普通组合梁相比,在保证负弯矩区桥面板不开裂的情况下,极限承载力仍有所提高,并且结构的抗裂性、刚度和耐久性都可得到极大改善.     

新型销接钢筋铰缝弯剪复合作用下传力性能

为了研究铺装层厚度和销接钢筋铰缝对空心板桥铰缝传力性能的影响规律,通过改变桥面铺装层厚度和铰缝的配筋形式,设计了2组共4个梁式铰缝试件。进行了弯剪复合作用下结构开裂荷载、通缝荷载和极限荷载测试,与不带铺装层铰缝结构相比,传统结构加铺装层后分别提高了7.7%、114.3%和25.9%,新型销接钢筋铰缝结构加铺装层后分别提高了9.8%、61.3%和58%;与传统铰缝结构相比,新型销接钢筋与铺装层组合使用分别提高了28.6%、66.7%和88.2%,单独使用新型销接钢筋铰缝结构分别提高了26.2%、121.4%和50%。弯剪荷载作用下,加载侧与铰缝间荷载传递,在铰缝界面开裂前依靠界面黏结力,界面开裂后依靠界面黏结力和抗拉钢筋,界面裂缝贯通后,依靠抗拉钢筋传递荷载;铰缝与非加载侧自始至终通过界面黏结力实现荷载传递,新型销接钢筋铰缝多重横向受力钢筋自下而上依次破坏,破坏过程呈现出一定的延性。     

钢-弹性体夹层正交异性桥面板受力性能分析

通过三跨聚氨酯-钢板夹层结构正交异性桥面板空间结构的计算,分析该种夹层桥面板在夹芯层厚度及面板厚度变化时,在不同受力状况和不同截面处各控制点的受力性能.结果表明,夹层桥面板的受力特性在于:在跨中截面中间纵向U形加劲肋上方的夹层板底面纵、横向应力拉压性质与常规受弯构件不同;加劲肋底面纵向应力比截面其它位置大得多,横向应力可忽略;在支点截面中间加劲肋与桥面连接处,聚氨酯芯层纵向应力最大,横向应力可忽略;钢板与聚氨酯结合面的剪切强度大于6 MPa时可满足粘结要求.     

FRP筋混凝土梁非线性全过程分析

根据FRP筋混凝土梁的受力性能,以数值积分方法为基础,考虑材料的特性,编制计算程序,给出其弯距与曲率、荷载与变形的关系曲线,并与算例中的试验结果相对比,且二者吻合良好;探讨两曲线在不同受力阶段的特征,并将其分为截面开裂前和截面开裂后两阶段;分析配筋率和混凝土强度对截面弯距-曲率关系曲线的影响.研究表明,在截面开裂前,配筋率对弯距-曲率的影响很小;在截面开裂后,其影响较大,随着配筋率的增加,曲线斜率越大,截面刚度越大,梁的抗弯承载力越大;混凝土强度越高,截面的开裂弯距和极限弯距越大.     

球扁钢肋组合桥面板局部与整体力学性能

为了检验所提出的球扁钢肋组合桥面板在桥梁中使用的受力性能,设计制作了2个带球扁钢肋组合桥面板试件和1个正交异性钢桥面板试件.通过静力试验,测试桥面板不同部位的结构应变和变形,考察了球扁钢肋组合桥面板在车轮荷载作用下的局部受力性能,以及在正、负弯矩作用下的整体受力性能.试验结果表明:在车轮荷载作用下球扁钢肋组合桥面板的疲劳细节处应力水平非常小,大大降低了桥面板钢结构发生疲劳破坏的可能性;试件截面应变沿高度的分布符合平截面假定,在受弯破坏极限状态下,混凝土与钢板之间无明显滑移和脱层,球扁钢组合桥面板的钢板与混凝土之间组合作用良好;该种组合板具有良好的延性,并有较高的承载能力.     

T形肋正交异性组合桥面板力学性能

为了检验所提出的T形肋正交异性组合桥面板在局部车轮荷载作用下的受力特性及这种桥面板在桥梁第二体系中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了4个不同桥面板试件,其中包括一个混凝土桥面板,一个正交异性钢桥面板,两个不同尺寸的T形肋正交异性组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形等.试验结果表明T形肋正交异性组合桥面板在车轮荷载作用下其局部应力水平显著低于正交异性钢桥面板,相同宽度的T形肋正交异性组合桥面板其极限抗弯承载力分别是混凝土桥面板和钢桥面板的2.30倍和1.57倍以上,表明T形肋正交异性组合桥面板具有较强的抗疲劳性能.     

开口U形肋组合桥面板基本力学性能

为了检验所提出的开口U形肋组合桥面板在桥梁使用中的受力性能,并区分其与常规桥面板的受力性能,设计制作了3个不同桥面板试件,其中包括1个混凝土桥面板、1个正交异性钢桥面板、1个带U形肋组合桥面板.通过静力试验测试了不同桥面板在荷载作用下负弯矩区混凝土开裂情况、桥面板不同部位的结构应变和变形、极限承载力等.试验结果表明,在车轮荷载作用下,开口U形肋组合桥面板的应力远远低于正交异性钢桥面板的应力,避免了桥面板钢结构疲劳的发生;在重量比混凝土桥面板小57%的情况下,组合桥面板的承载力是混凝土桥面板的1.42倍;在用钢量约为钢桥面板1/2的情况下,二者的承载力相当.     

钢桥面复合铺装结构的大比例模型试验

在钢桥面板与沥青铺装层之间设置轻质混凝土层,组成了一种新型钢桥面复合铺装体系。为研究这种新型铺装体系的力学特性,制备了大比例模型试件,实测了不同车位下钢桥面及铺装结构的力学响应。结果表明：钢桥面板最大横向拉应力为90MPa,而设置加劲肋后最大拉应力降至为43MPa,即设置加劲肋有利于改善钢桥面板的受力。浇筑轻质混凝土铺装层后,钢桥面板顶板和加劲肋底板的应力峰值、位移都降低,最大应力降幅达48%,最大位移降幅达18%,而且钢桥面板中的应力分布也更加均匀。作为铺装结构,轻质混凝土铺装层也与桥面板共同参与结构受力,使得桥面铺装体系的结构刚度得到提高。     

桥面铺装对钢桥面板疲劳应力幅的影响

钢桥面板厚度小,铺装层的相对刚度较大,钢桥面板疲劳设计时,应该考虑铺装层与钢桥面板的共同作用。假设桥面铺装与顶板没有相对滑移,采用有限元方法探讨了桥面铺装弹性模量和厚度对正交异性钢桥面板疲劳应力幅的影响。     

钢-超薄UHPC组合桥面板界面抗剪性能研究

针对正交异性钢板-超薄超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)(厚度为35mmUHPC板+20mm磨耗层)组合桥面板中,UHPC层过薄而无法采用常规抗剪连接件形式的问题,提出一种新型钢筋网局部焊接抗剪连接件.通过推出试验测得了焊接抗剪件的荷载-滑移关系曲线和抗剪承载力,以某长江大桥为背景,对焊接抗剪件的布置方式进行了研究.试验结果表明:焊接抗剪件的推出试验破坏过程属于脆性破坏,破坏前界面相对滑移较小,焊缝长度为50mm的焊接抗剪件极限抗剪承载力为119kN.与栓钉相比,相同荷载比值下采用焊接抗剪件的界面相对滑移小,焊接抗剪件的抗剪刚度大于栓钉.计算结果表明:钢-超薄UHPC组合桥面板在布置抗剪件时,需关注UHPC层底部受力.加大抗剪连接件布置密度可减小UHPC层底部横、纵桥向拉应力,降幅可达36.3%.     

UHPC矮肋桥面板抗弯性能研究

为研究UHPC矮肋桥面板的抗弯性能并验证其在多跨大跨连续梁中的适用性,以滨州黄河大桥为背景,提出两种UHPC矮肋板方案（平均板厚分别为16.4 cm和14.3 cm）.首先建立实桥有限元模型,得到实际荷载作用下桥面板UHPC应力和栓钉剪力.接着,进行足尺抗弯试验,获得矮肋板从加载至破坏的过程中裂缝萌生与发展特征、荷载-位移曲线和应变分布规律等.试验表明,底部钢板的设置可以有效限制UHPC裂缝的发展,在钢板屈服前裂缝宽度呈线性发展;两种方案开裂应力分别为16.8 MPa和15.6 MPa,经过实桥有限元计算得到两种桥面板方案的纵向受力安全系数分别为2.2和1.5;钢板屈服后主裂缝迅速出现,最终桥面板纵肋受拉裂缝快速发展,顶面出现受压裂缝,认为试件破坏;然后,考虑UHPC材料受拉贡献,结合UHPC规范对结构抗弯承载能力进行验算,结果表明,当采用截面非线性方法并使用材料实际性能参数时,可以预测UHPC矮肋板的极限弯矩,计算值和试验值的比值分别为0.95和1.01.最终,对结构关键设计参数进行分析,结果表明,UHPC抗拉强度对极限弯矩的影响较小,增加钢板厚度是提高其极限弯矩的有效途径,窄而高的纵向加劲肋具有更高的受力效率.     

正交异性钢桥面板的结构分析

在具有相同截面面积的开口纵肋和闭口纵肋钢徘同板静力试验的基础上,提出简化的计算模型,并采用有阴元法进行精确的应力分析,计算结果与试验结果符合良好;系统地论述了正交异性钢徘同板弹性阶段的应力特性,着重研究了构造布置对铺装应变的影响,从而对铺装提出合理可行的建议。     

桥面防滑薄层弹性环氧胶黏剂的研究

针对桥面铺装结构较厚,且容易出现病害等问题,对桥面铺装材料力学性能进行分析,提出了一种桥面环氧薄层结构,并进行了防滑薄层弹性环氧胶黏剂的开发.通过对增韧剂、稀释剂和固化剂的研究、选择及配方优化,制得了一种性能良好的防滑薄层弹性环氧胶黏剂.通过拉伸测试可知,其拉伸强度可达21MPa,断裂伸长率达50%.同时其与混凝土粘接强度可达2.5MPa,且热相容性通过.试验结果表明,桥面防滑薄层弹性环氧胶黏剂综合性能优异,适用于桥面铺装工程.