采用超高性能混凝土和限位装置的斜拉桥易损性分析

斜拉桥作为交通网络中控制性的重要节点，在强震作用下其钢筋混凝土塔柱易产生塑性破坏，从而延误灾后应急救援工作的开展。基于此提出了一种既采用新型材料又采用新型限位装置的斜拉桥结构体系，用于提升斜拉桥的抗震韧性，在仅采用形状记忆合金（SMA）拉索限位装置的普通斜拉桥基础上将塔柱中容易损伤的塑性铰区普通混凝土采用超高性能混凝土（UHPC）代替，分别建立普通斜拉桥与新型韧性斜拉桥的有限单元模型，在远场和近场地震波的作用下分别开展桥梁构件和结构体系的易损性分析。研究结果表明：同时采用UHPC和SMA拉索限位装置的斜拉桥仅需增加少许成本即可大幅提高斜拉桥结构体系的易损性，极大地拓展了UHPC材料和SMA拉索限位装置的应用场景。     

预制拼装UHPC组合混凝土柱轴压性能试验研究

为改善装配式建筑连接区域的力学性能,将具有优异力学性能的超高性能混凝土(UHPC)用作连接区域的永久模板,与核心混凝土形成UHPC组合混凝土构件.为研究该新型预制拼装UHPC组合混凝土柱的轴压性能,开展了短柱轴压试验,考察预制UHPC板中纤维含量和预制UHPC板厚度对轴压性能的影响,分析了组合柱和普通钢筋混凝土柱的轴压承载力、延性和耗能等轴压性能指标的差异.结果表明：相比普通钢筋混凝土柱,组合柱的轴压承载力提高了57%～94%,耗能提高了一倍多;预制UHPC外壳中钢纤维含量为3%组合柱的轴压性能,比纤维含量为2%组合柱的轴压承载力、延性和耗能分别提高了23%、56%和114%,即预制UHPC板中纤维含量从2%提高到3%,显著改善了轴压性能.在试验分析的基础上,参照现行《混凝土结构加固设计规范》提出了该新型预制拼装UHPC组合柱的轴压承载力实用计算表达式,给出了UHPC抗压强度折减系数的建议取值.     

四楞冲击压路机破碎旧水泥混凝土路面力学机理研究

结合新型四楞冲击压路机在316国道福州段旧混凝土路面改建工程中的应用,采用三维有限元方法对冲击压实过程中旧路面结构及土基的受力、变形特征进行了研究.分析了冲击压实荷载位于路面板不同位置对板体破裂及土基受压效果的影响,探讨了冲击压实荷载在板下路基中的传递规律及作用深度等问题.研究结果可为冲击压实改建旧混凝土路面施工技术提供理论参考和指导.     

先简支后连续混凝土梁负弯矩区UHPC “T形”湿接缝试验研究

为了提高普通混凝土连续梁负弯矩区湿接缝的抗裂性能,简化施工工艺,提出了混凝土梁桥负弯矩区UHPC新型湿接缝方案.以某跨径为30 m的普通混凝土连续梁桥为背景,根据法国UHPC结构设计规程和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362-2018)对该桥进行正常使用极限状态下的配筋设计,并参照配筋设计结果对UHPC新型湿接缝构造进行1∶2缩尺模型试验研究.试验结果表明:取消负弯矩区预应力束、取消焊接的负弯矩区UHPC新型湿接缝方案的抗裂性能和承载能力均满足工程要求,且试验值与数值模拟值拟合良好;UHPC的引入能有效限制普通混凝土的裂缝宽度,显著提高普通混凝土截面的刚度,改善混凝土连续梁跨中区的内力及竖向挠度的重分布现象.与不考虑负弯矩预应力束的传统湿接缝构造相比,UHPC新型接缝构造能降低混凝土连续梁内力及跨中竖向挠度的重分布系数至其30％～50％.参数分析表明:对于负弯矩区采用UHPC新型湿接缝构造的混凝土连续梁桥,UHPC沿纵桥向的长度宜取0.27倍计算跨径,负弯矩区纵向受拉主筋直径可统一为20 mm,UHPC层的厚度取60 mm即可.     

循环荷载作用下预制拼装桥墩抗震性能分析

采用实体有限元方法分析预制拼装钢管约束混凝土桥墩在循环荷载作用下的力学反应,介绍了实体有限元方法分析预制拼装桥墩的关键技术.有限元计算得到的变形和破坏形态与试验结果基本一致,荷载位移滞回曲线也与试验结果吻合良好.在此基础上进行的参数分析结果表明:随预应力筋产生的轴压力增加,构件强度增加但延性降低;套筒约束程度对节段拼装摇摆单柱墩的滞回性能基本没有影响;接缝区域混凝土强度越高,侧向抗力增加.     

节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁受弯性能试验

为充分发挥超高性能混凝土（UHPC）和普通钢筋混凝土（RC）材料在箱梁桥应用中的力学性能,开展了节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁的静载试验,研究其受力过程、破坏形态和裂缝开展情况。结果表明：组合箱梁经历了弹性变形、裂缝开展和结构破坏三个不同受力阶段;裂缝首先由梁跨中节段接缝张开逐步发展至顶板翼缘,梁底板和腹板均未见明显裂缝,开裂的受拉区应力主要由预应力筋承担,最大裂缝宽度随荷载增加分阶段线性增大,试验梁最终以RC顶板混凝土压溃破坏而失效;受力过程中,UHPC U型梁和RC顶板能够保持良好的协同工作;组合箱梁存在一定的剪力滞效应。     

短焊钉布置对超高性能混凝土组合桥面板抗弯性能影响

为考察短焊钉连接件布置对钢?超高性能混凝土（UHPC）组合桥面板抗弯性能的影响，进行了焊钉间距分别为200与300 mm的2种足尺节段桥面板试件弯曲荷载试验和基于UHPC塑性损伤模型的有限元参数化分析。试验结果表明：在部分组合桥面板中，焊钉间距由200 mm变为300 mm，UHPC开裂达0.05 mm宽时对应的荷载等级提升了12.5 %，主要贡献是钢?UHPC组合效应减弱。UHPC开裂达0.10 mm宽时的拉应变平均值为1 878×10^-6，占材料极限拉应变的59 %。参数化分析结果表明：焊钉间距由100 mm增大至400 mm导致组合桥面板弹性阶段抗弯刚度下降了14.1 %，但开裂荷载等级提升了84.2 %。短焊钉间距增大使部分组合桥面板结构受力趋向于更为经济，但需注意过大的焊钉间距会导致焊钉疲劳破坏。     

配筋超高性能混凝土井盖试验及现场使用性能测试

对7个井字肋和1个十字肋的配筋超高性能混凝土（UHPC）井盖进行承载能力试验和有限元分析,试验参数为井盖结构形式和钢纤维掺量. 试验结果表明,井字肋UHPC井盖的极限承载力、 结构刚度和延性均优于十字肋UHPC井盖;井字肋UHPC井盖可满足钢纤维混凝土检查井盖对C250级井盖的强度要求. 其次,对井字肋UHPC井盖在重交通等级作用下开展现场使用性能测试,表明UHPC井盖在使用过程中产生噪音和跳动均较小,具有良好的抗振动和抗车辆冲击性能;其最大裂缝宽度不超过0.2mm,符合钢纤维混凝土检查井盖的规定.     

大掺量低品质粉煤灰混凝土简支梁受弯试验

进行了4根粉煤灰混凝土简支梁、2根普通混凝土简支梁的受弯试验,通过梁在集中荷载作用下纯弯段和剪弯段受力性能的对比,在综合分析试验数据的基础上,了解低品质粉煤灰的掺入对混凝土抗弯、抗剪力学性能的影响.试验结果表明,低品质粉煤灰混凝土和普通混凝土简支梁在抗弯和抗剪的宏观力学性能上没有明显差别.     

外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土桥墩抗震性能分析

为了进一步推广可恢复功能的预制装配式桥梁结构在中、高烈度地区的应用,减少桥墩的震后损伤及修复成本,提出一种外置拱形耗能装置的节段拼装钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)桥墩。基于ABAQUS有限元分析软件建立无耗能装置、外置拱形钢板、外置竖直钢板、外置拱形耗能装置的四节段预制拼装CFST桥墩模型,并在往复位移加载作用下对各模型的抗震性能进行对比分析。研究结果表明：外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩具有较好的水平承载力、较高的初始刚度以及较强的耗能能力,与外置竖直钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力提升了约11.9%,初始刚度提升了约2.5%;与外置拱形钢板的节段拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约28.8%、4.6%和13倍;与无耗能装置的预制拼装CFST桥墩相比,其抗侧承载力、初始刚度以及耗能能力分别提升了约39.4%、10.4%和18.1倍;外置拱形耗能装置的预制节段拼装CFST桥墩在整个位移加载阶段残余位移均保持在1 mm之内,偏移率不超过1%,且损伤集中在拱形耗能装置上,能够实现震后的快速修...     

部分充填砼钢箱连续组合梁抗裂性能分析

针对部分充填砼钢箱连续组合梁裂缝控制问题,开展超高性能混凝土(UHPC)翼板-部分充填砼钢箱连续组合梁抗裂性能研究,探讨该组合梁裂缝控制的新途径.通过3根部分充填砼钢箱连续组合梁试验,得到挠度、滑移和裂缝的开展特征.基于ABAQUS软件建立部分充填砼钢箱连续组合梁有限元分析模型,分析UHPC翼板部分充填砼钢箱连续组合梁关键参数对受力性能的影响.结果表明:负弯矩区采用UHPC翼板能显著提高组合梁抗裂性能;当负弯矩区UHPC翼板长为0.3倍跨径、厚度为1/3翼板总厚时,能满足裂缝控制要求且经济合理;与普通混凝土相比,高应变强化UHPC初裂荷载提升2.3倍,可视开裂荷载提升7.6倍.     

海砂超高性能混凝土试验

采用未淡化的海砂制备超高性能混凝土（UHPC）和普通混凝土,研究了不同氯离子含量的海砂对UHPC抗压强度、孔结构、快速氯离子渗透性以及内置钢筋耐久性的影响,并与普通混凝土进行分析比较。结果表明,海砂中的氯离子含量对UHPC抗压强度并不会产生较大的消极影响;海砂UHPC的临界孔半径约为2 nm,与海砂普通混凝土不同,孔隙率随海砂中氯含量的增加而增加;即使海砂氯离子含量高达0.636%,海砂UHPC的氯离子渗透性仍可忽略不计;海砂UHPC中钢筋在28 d后处于钝化状态并趋于稳定。     

预制压型钢板混凝土组合板和钢梁连接及其有限元分析

为了满足预制组合板和钢梁连接节点的承载和变形要求，提出了一种新型的压型钢板混凝土组合板和钢梁整体预制的法兰板-螺栓连接节点.使用ABAQUS分别建立了现浇、预制节点模型，对比了两者在同等条件下的受力性能，并分析了栓钉数、组合板的厚度和长度、螺栓数和法兰板厚度对预制节点模型受力性能的影响.结果表明:预制节点的受力性能与现浇节点相似，设计预制节点时应采用96个栓钉、8个螺栓，以及200mm厚、5.1~6.6m长的组合板及10mm厚的法兰板.     

PEC柱型钢梁端板连接框架抗震性能研究

为了研究焊接H型钢部分包裹混凝土柱-型钢梁端板连接框架骨架曲线、延性、耗能能力等抗震性能,设计3榀框架试件在低周往复荷载作用下进行试验。试件参数是端板厚度和柱翼缘厚度。通过试验,研究讨论了改变端板厚度和柱翼缘厚度对框架抗震性能的影响:分析了试件的骨架曲线、延性、耗能能力抗震性能指标。试验结果表明:柱翼缘厚度从12 mm增加到16 mm,框架节点初始刚度增加39.95%,端板厚度从12 mm增加到20 mm,初始刚度增幅11.76%;增加端板厚和柱翼缘厚可提高框架初始刚度;3榀框架试件的延性系数在4.41~5.38之间,说明PEC柱与型钢梁端板连接框架具有良好的抗震性能;增加端板厚度和柱翼缘厚度可以增加框架结构塑性性能。     

负弯矩作用下UHPC湿接缝桥面板裂后性能研究

针对预制拼装桥面板接缝处受力复杂、易开裂等问题,提出了一种新型超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete, UHPC）燕尾榫接缝.通过负弯矩作用下荷载模型试验,研究了不同接缝材料和预应力水平对UHPC湿接缝桥面板极限承载力、破坏形式及裂缝分布等的影响规律.基于试验验证的数值仿真模型,对比分析了不同接缝位置、接缝形式、纵筋率、材料强度及板件厚度等参数对湿接缝受弯性能的影响.研究结果表明：预应力由0 MPa提高到5 MPa,板件开裂应力和极限承载力分别提升40.0%和5.5%;燕尾榫接缝较直角榫接缝与平接缝的开裂应力分别提高7.5%和16.0%,承载力分别提高5.4%和16.0%.燕尾榫接缝整体性好,改变接缝位置对湿接缝受弯性能影响较小;板件开裂应力和极限承载力随材料强度增大而提高,材料强度超过120 MPa时增幅减小;UHPC接缝初裂刚度约为初始刚度的90%,剩余刚度约为初始刚度的25%;初裂后,结构刚度迅速下降,纵筋屈服后,结构刚度退化速度明显减缓,最终刚度保持在剩余刚度;提出了用极限荷载对应位移与开裂荷载对应位移之比为表达形式的UHPC湿接缝桥面板裂后延性系数,本文板件裂后延性系数为10.0~20.0,表明UHPC湿接缝桥面板具有较好的裂后变形能力.     

大跨度钢管翼缘组合梁桥车桥耦合振动性能分析

为了研究钢管翼缘组合梁桥的动力性能,通过有限元软件ABAQUS建立了三维车桥耦合振动模型,采用了隐式动力学分析了路面平整度、车辆载重、速度、上翼缘钢管内填混凝土等级和含钢率等因素对管翼缘组合梁桥动力性能的影响,以及与管翼缘组合梁竖向刚度等效的工字钢梁和混凝土梁的动力性能,得出了以下结论：随着路面不平顺程度的增大,管翼缘组合梁的动力响应呈几何倍数增长,并且只有当路面等级为B时才与现行《公路桥涵设计通用规范》中公式计算的动力冲击系比较吻合;车辆载重与其跨中挠度呈线性相关;速度对其的影响比较复杂,当车辆速度超过60 km/h时,其动力响应随速度增大呈非线性增长;上翼缘内混凝土等级和含钢率对其动力影响极小;相对于等效工字钢梁和等效混凝土梁,管翼缘组合梁桥重量轻,整体弹性模量较小,同等荷载下跨中挠度比较大。通过上述的动力性能研究为以后大力发展此类型桥提供技术保障。     

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.     

超高性能混凝土-混凝土组合简支梁弯曲性能试验

进行了3根超高性能混凝土(UHPC)位于受拉区的超高性能混凝土-混凝土组合梁(UHPC-NC组合梁)和1根普通钢筋混凝土梁的弯曲性能试验。对UHPC-NC组合梁的受力过程、跨中截面应变分布、裂缝开展模式和破坏形态等进行了研究分析。试验结果表明,UHPC-NC组合梁在加载过程中基本符合平截面假定,并且在UHPC层中配置适量的纵向钢筋,能大幅度提高组合梁的抗弯承载力。同时,将钢筋和UHPC对试验梁极限承载力的贡献分为4个阶段(初始状态、阶段状态、极限状态和破坏状态)进行计算。最后,对组合梁受拉区UHPC层等效矩形应力系数k进行推导。结果表明,UHPC层对组合梁抗弯承载力的贡献效率随着配筋率的不同而不同。     

超高性能混凝土组合箱梁弯曲性能有限元分析

采用有限元方法对4种超高性能混凝土(UHPC)-混凝土组合箱形截面简支梁(全截面C60、顶板替代为UHPC、底板替代为UHPC、全截面UHPC)的弯曲性能进行研究.分析前,为验证ANSYS软件对UHPC材料模型模拟的准确性,对1根矩形UHPC-混凝土组合梁开展试验对比分析.根据对比分析结果确定建模方法,得到4种组合箱梁的应力分布、受力性能,总结了相应类型结构的特点.综合考虑材料性能的利用率、裂缝发展模态、极限承载力和经济性,提出相应的设计建议.