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.     

钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构抗弯疲劳及剩余承载力试验研究

为探明栓钉间距对钢-UHPC轻型组合桥面结构受力性能的影响规律,完成了3个钢-UHPC组合梁试件变幅疲劳试验,主要试验变量为栓钉间距（100 mm、150 mm、300 mm）.在疲劳试验中,重点考察了栓钉间距对轻型组合桥面结构疲劳性能的影响,并关注了栓钉焊趾处钢面板受拉-短栓钉受剪耦合作用下的疲劳性能;而在疲劳后的剩余承载力试验中,探明了栓钉间距对疲劳后UHPC裂缝发展规律及抗弯承载力的影响.疲劳试验结果表明,当栓钉间距为300 mm时,单位荷载下的钢-UHPC界面滑移明显高于其他两个试件,但在疲劳加载过程中,界面滑移增长并不明显;对于U肋受压区底板应变,当栓钉间距为100 mm和150 mm时,整个疲劳试验过程无明显变化,而当栓钉间距为300 mm时,应变呈现微小的增大趋势;为分析试件中栓钉根部的钢面板拉-剪耦合疲劳受力状态,基于《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01—2015）中的计算方法进行了分析,结果表明,该方法能够获得偏保守的计算结果.此外,疲劳后的剩余承载力试验表明,栓钉间距越小,试件的塑性变形能力越强,截面的抗弯承载力相应提高.分别按弹塑性理论和塑性理论计算了试件的剩余承载力,发现试件虽然经历了疲劳加载,但测承载力仍大于计算承载力,且基于塑性理论的计算结果更接近实测结果.     

高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法

为研究高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力简化计算方法,采用ANSYS有限元分析,探讨钢-STC-SMA结构厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力的影响规律,建立轻型组合桥面铺装层间应力估算模型,提出层间最大剪应力、最大法向拉应力简化计算公式. 研究结果表明： SMA厚度、STC厚度、环境温度、桥面纵坡等对层间应力有不同程度的影响;在最不利荷载组合下,不计桥面纵坡时,层间最大剪应力变化范围为0.38~0.55 MPa（常温）、0.35~0.55 MPa（高温）;层间最大法向拉应力变化范围为0.18~0.23 MPa;层间应力随着桥面纵坡的增加而线性增加,纵坡从0%增加到8%,层间最大剪应力升幅为9.4%（常温）、12.0%（高温）,层间最大拉应力升幅为12.0%（常温）、12.5%（高温）;通过纵坡坡度修正,建立高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力通用计算公式,并与实桥有限元计算结果对比,误差在9%以内,说明本文提出的计算方法可用于估算不同纵坡下高韧性混凝土组合桥面铺装层间应力.     

基于UHPC的高性能桥梁结构研究与应用

超高性能混凝土（UHPC）是一种具有超高力学性能和超长耐久性的水泥基复合材料,为桥梁结构的创新和高性能化带来了新的可能性. 近些年来,国内外学者持续开展了桥梁结构领域UHPC的研究,并不断推动工程应用,取得了长足的进步. 本文介绍了作者团队基于UHPC所研发的几种高性能桥梁结构,包括开裂在役钢桥面UHPC加固新结构、危旧混凝土梁桥UHPC加固结构、UHPC矮肋桥面板结构、UHPC大跨径箱梁结构、中小跨径UHPC装配式桥梁结构、UHPC-NC组合装配式桥梁结构、UHPC装配式盖梁结构和UHPC防撞结构等最新研发的结构形式,详细介绍了上述各类结构的特点和优势、理论和试验研究进展、实际工程应用,以期分享UHPC高性能桥梁结构研发和应用经验.     

钢-UHPC轻型组合桥面受模拟 行车扰动后抗裂性能研究

为探明钢-超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete,UHPC）轻型组合桥 面结构在施工中受行车扰动后的抗裂性能,以重庆鱼嘴长江大桥为背景,进行了理论和试验 研究. 首先通过有限元计算获得施工中行车引起的UHPC层顶面最大拉应变（以下简称扰动幅 度）,计算结果表明：该桥 UHPC层在施工中受到的最大纵、横向扰动幅度分别为 144 με和 60 με;接下来,依照实桥结构,设计并制作6个模型试件;然后,将试件平均分为两组,每组设1个 不受扰动的对照试件和 2个在 UHPC 凝结过程中接受扰动的扰动试件,两组试件的设计扰动 幅度分别为 160 με和 240 με;最后,通过四点负弯矩静力试验对比了对照试件和扰动试件的 抗裂性能. 试验结果表明：幅度不大于160 με的扰动对试件的抗裂性能无明显影响;幅度大于 160 με的扰动对试件的UHPC层造成损伤,导致试件的名义开裂强度降低,因此,建议在实桥 施工过程中将行车扰动幅度的限值取为160 με.     

伸缩装置UHPC锚固构造设计与静力性能研究

为综合解决桥梁伸缩缝锚固区混凝土易破损及预埋件焊接工艺繁琐的难题,提出两种现场零焊接UHPC（Ultra-high Performance Concrete）伸缩缝锚固接头优化构造方案：优化构造1中锚板一侧布置锚筋另一侧布置短栓钉;优化构造2中锚板两侧均布置短栓钉,且型钢侧向加设长栓钉;两种优化构造中锚板与预埋钢筋均错开布置,锚固区浇筑UHPC. 新方案简化了现场施工操作,使伸缩装置安装质量可视化. 为探究新方案的锚固性能,并与传统焊接形式进行对比,即锚板一侧布置锚筋另一侧与预埋钢筋现场焊接,锚固区浇筑SFRC（Steel Fiber Reinforced Concrete）,对8个1∶1伸缩缝接头模型进行锚固性能静力拔出试验研究. 结果表明：两种优化伸缩缝接头构造的结构刚度、强度、抗裂性能及锚固性能均有明显提升,优化构造1、2的初裂荷载为传统焊接构造的2.2倍,极限承载能力分别为传统焊接构造的1.38倍和2.33倍;UHPC表面裂缝分布相对集中,数量少且细,而SFRC表面裂缝分布较为分散,数量多且宽;优化构造2中长栓钉的加设有效限制了界面裂缝的发展. 对比研究表明,两种优化方案提高了伸缩装置的受力性能和锚固性能,现场零焊接、安装容差性高,可为桥梁伸缩缝设计提供参考.     

正交异性钢-RPC组合桥面板弯拉强度的实验研究

正交异性钢桥面一直面临疲劳开裂和铺装损坏的严重问题.为了改善桥面板受力状态,提出了一种新型的正交异性钢板薄层活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系.通过纵向足尺节段实验和横向受弯实验,表明新型组合桥面体系的抗弯拉强度远大于设计荷载下的拉应力,而重量与传统铺装持平.横向受弯实验结果证明,截面配筋率和截面有效高度对组合桥面结构抗弯拉强度影响很大,截面配筋率提高一倍和两倍,RPC的抗弯拉强度分别提高15%和40%.同样,截面有效高度增大20%,不同截面配筋率下RPC的抗弯拉强度提高30%～50%.因此,提高截面配筋率或截面有效高度能大幅降低组合桥面结构开裂破坏的风险.     

UHPC华夫桥面板抗弯性能试验及有限元分析

为研究超高性能混凝土(UHPC)华夫桥面板的横桥向抗弯性能,首先开展了4个横肋的足尺条带模型抗弯性能静力试验;然后采用ABAQUS有限元软件建立了试件非线性有限元模型,模型中考虑了材料非线性和几何非线性,其中对UHPC考虑了混凝土损伤塑性模型等,并利用该有限元模型模拟试验全过程;最后通过有限元参数分析明确主要设计参数对UHPC华夫桥面板横向抗弯性能的影响规律,包括横肋纵向配筋率(钢筋直径)、横肋高度、顶板高度以及横肋间距等。研究结果表明:正弯矩作用下试件的受弯破坏过程包含线弹性阶段、裂缝开展阶段和屈服阶段;华夫桥面板横肋底面出现横向裂缝导致结构刚度第1次下降,随着裂缝的发展,截面内力重分布使得底部纵筋应力持续增大直至屈服,导致刚度出现第2次下降,裂缝进一步向上开展逼近翼缘板顶部,由于受拉区充分发展导致顶板纵筋受拉屈服,刚度出现第3次下降,结构刚度严重衰减,试件承载力接近极限,趋于破坏;有限元计算结果与试验结果吻合良好;通过参数分析发现,增加纵筋配筋率(钢筋直径)对初裂荷载影响很小,但可有效限制裂缝的发展;增加肋高对初裂荷载有一定的提高作用,还可提高矮肋T梁的初始刚度、开裂后刚度以及极限承载力;增加顶板高度也可起到同样的效果,但肋高对初始刚度的提高效率是顶板的5.4倍;增加横肋间距可提高单根横肋的初始刚度、开裂后刚度以及极限承载力,但削弱了横向整体刚度。