双跨连续GFRP-混凝土组合板的试验研究

为研究GFRP-混凝土组合板的受力性能,对3块GFRP-混凝土组合连续板进行了静载试验.3块组合板分别通过环氧树脂胶或剪力栓钉与下部型钢支座连接.试验结果表明:所有组合板的最终破坏形态均表现为加载垫块处局部冲剪破坏;中支座处和边支座处没有出现荷载重分布现象,组合板表现出良好的空间受力性能及变形协调能力.然后,基于塑性极限理论,提出了一种GFRP-混凝土组合板极限承载力计算方法.预测值与试验值的比较结果表明,所提方法可以有效地预测GFRP-混凝土组合板的极限承载力.     

不同连接程度GFRP-混凝土桥面板力学性能试验研究

提出了一种简便的改进GFRP-混凝土组合板连接程度并进一步改进组合板延性的方法,即通过砾石覆盖率来改变GFRP-混凝土界面的黏结强度,并利用界面黏结失效前后组合板连接机理的变化来改变组合板的弯曲刚度,进一步改变组合板的延性.通过5片足尺T形GFRP-混凝土组合板四点弯曲试验研究了不同连接程度下组合板受力性能的差异.试验中,重点关注了变形、板端滑移、应变分布、破坏模式等力学参量.试验结果表明,尽管无黏结T形GFRP板与混凝土的界面光滑,但GFRP板与混凝土间已表现出部分组合作用.砾石覆盖率的变化可以改变组合板的连接程度、破坏模式、极限荷载及其延性.合理的砾石覆盖率可以使组合板在板端出现滑移前具有很好的抗弯刚度,在出现板端滑移后仍具有较好的变形能力,并且不会显著降低组合板的极限荷载.最后,通过理论方法对组合板的开裂荷载和抗剪承载力进行了计算分析.研究结果表明,理论值与试验值吻合较好.     

钢-混凝土新型组合暗梁楼盖的静力性能试验

为了考察暗梁对钢-混凝土组合楼板静力性能的影响,对钢-混凝土组合暗梁楼盖进行了均布荷载作用下的试验,并对有、无暗梁楼盖进行了对比分析.研究了该新型楼盖结构的受力变形全过程.研究结果表明,在钢-混凝土组合楼板中嵌入钢暗梁后,极大地提高了钢-混凝土组合楼板的承载能力和刚度,改善了其静力工作性能.     

组合空腹板架结构拟静力试验研究及分析

钢一混凝土组合空腹板架是一种新的组合结构形式,用于大跨度、大荷载的重型楼(屋)盖结构时,有一定的比较优势.分别对两个完全相同的组合空腹板架结构的缩尺模型作了竖向荷载下的单调加载和反复循环加栽试验,得到了结构整体的滞回性能、极限承载力以及破坏形态.研究表明,组合空腹板架的各构件连接良好,结构具有较好的耗能能力.     

钢—混凝土组合桁架静力性能研究分析

钢-混凝土组合桁架具有经济性能好、承载能力高、抗弯刚度大等优点。在大量查阅关于钢-混凝土组合桁架梁、节点研究文献的基础上,回顾了钢-混凝土组合结构在国内外的历史发展和取得的成就,阐述了组合结构的含义,列举了一些钢—混凝土组合桁架力学研究实例,总结了钢-混凝土组合结构的特点、静力研究的常用方法、试验和理论分析中存在的主要问题和注意事项,并对钢-混凝土组合桁架结构的发展前景做出一定分析和判断。     

钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点静力性能试验研究

通过对8个钢管混凝土柱-钢梁单边螺栓连接节点进行轴拉及弯剪加载试验,考察了约束拉杆构造措施对节点核心区整体性的影响规律,同时对单边螺栓的工作性能进行了分析研究.试验结果表明:单边螺栓具有良好的力学性能,工作性能安全可靠;方钢管混凝土柱设置约束拉杆能有效限制管壁变形,显著提高节点核心区整体性,减少破坏区域;圆钢管因为管壁稳定性较好,设置约束拉杆对改善节点力学性能效果不明显;穿芯螺栓节点核心区整体性最好;在弯剪加载条件下,单边螺栓节点表现出良好的转动能力.试验结果可供同类研究参考与比较.     

预应力钢板夹心混凝土组合板界面剪力分析

针对预应力钢板夹心混凝土组合板刚度大,承载力高,变形小的特点,利用弹性理论,建立了考虑预应力筋内力增量和滑移刚度影响的组合板界面剪力的计算微分方程,给出对称集中荷载下的界面剪力计算公式.计算结果表明,组合板最大界面剪力发生在跨中,沿板长向端部逐渐减小,端部界面剪力近似为零;组合板的界面剪力随着连接刚度、外荷载的增加而增加,随着钢板面积的增加而减小,预应力筋内力增量对界面剪力影响很小,一般在5%左右;连接刚度与外荷载对界面剪力变化影响较大.     

GFRP-混凝土组合连续板的静力性能试验研究

为提高钢-混凝土组合梁桥桥面板的耐久性,研究GFRP(玻璃纤维增强复合材料)-混凝土组合连续板的变形及裂缝宽度,设计了3片负弯矩区具有不同钢筋配筋率的GFRP-混凝土组合连续板,并对其进行了对称加载试验,重点考察了连续板的破坏模式、变形、裂缝宽度和应变分布等力学特性.结果表明:3片连续板均发生了弯剪破坏;破坏时板端GFRP槽形板与混凝土之间无明显滑移;随着负弯矩区配筋的增强,连续板全过程变形减小;在钢筋屈曲前,连续板正负弯矩区的应变分布基本符合平截面假定.试验研究和理论分析结果的对比表明:可以采用现行桥梁规范中考虑混凝土开裂区域刚度变化的等效刚度计算GFRP-混凝土连续板的等效刚度,并通过文中计算方法获取连续板的变形;此外可以采用现行规范JTG D62—2004中钢筋混凝土的裂缝宽度计算方法计算连续板负弯矩区的混凝土裂缝宽度.     

钢管高强混凝土组合柱地震损伤性能试验研究

为研究不同加载制度、轴压比、体积配箍率、钢管径高比及箍筋形式对钢管高强混凝土组合柱地震损伤演化规律及抗震性能的影响,进行了11根组合柱和1根钢筋高强混凝土柱的水平承载力加载试验.研究表明:组合柱的抗震性能整体上要优于钢筋高强混凝土柱;随着循环次数和位移幅值的增加,组合柱损伤累积加重,其承载力、刚度、延性降低;轴压比增大,组合柱的承载力有所提升,但后期变形能力和耗能能力降低,强度衰减和刚度退化加快;在1.33%～1.63%的范围内增加体积配箍率,可显著提高组合柱的抗震性能;随着钢管径高比增大,组合柱承载力略有提高,但后期损伤发展较快;相比配井字形拉筋,配八边形箍筋的组合柱有着更好的抗震性能.     

装配整体式UHPC-NC组合框架抗震性能拟静力试验研究

为研究装配整体式超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete, UHPC)-普通混凝土(Normal Concrete, NC)组合框架的抗震性能,对2榀1/2缩尺的三层两跨框架结构进行了拟静力试验.1榀为装配整体式UHPC-NC组合框架(Precast Concrete Frame, PCF),1榀为全现浇混凝土框架(Reinforced Concrete Frame, RCF).UHPC-NC组合框架采用预制柱、预制U形UHPC梁外壳后浇NC梁芯的叠合梁和节点后浇UHPC制成.研究结果表明：两个框架具有基本相同的破坏过程,PCF的损伤较RCF轻,整体性更好;两个框架的滞回曲线饱满,与RCF相比,PCF的承载能力更高,提高了约16%,PCF的耗能能力高于RCF;PCF的刚度略高,刚度退化稍慢;两个框架的位移延性系数均为3.9～4.6,PCF的位移延性系数更大.装配整体式UHPC-NC组合框架结构的抗震性能优于全现浇框架结构的抗震性能.     

组合桥面板U肋螺栓接头疲劳受力性能

针对组合桥面板受力特点,采用一种宽口U肋,设计制作了1个足尺试件,通过疲劳加载试验检验U肋螺栓接头的受力性能,并通过有限元模型对接头受力进行了分析。试验结果显示,开裂源于母板栓孔边缘并最终裂透至手孔。有限元分析表明,母板的头排栓孔附近,距孔边缘约1/3孔径处应力集中明显,集中系数约为2.5;手孔形状、拼接板厚度及栓孔大小对母板栓孔应力集中影响很小;相较8 mm厚U肋的组合板或常规钢桥面板,该组合板的接头母板栓孔受力要大许多,但其疲劳强度也满足规范要求。     

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.     

焊钉集群式后结合超高性能混凝土组合桥面板抗弯性能

为考察焊钉集群布置对后结合超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板受力性能的影响,进行常规均匀焊钉布置组合桥面板及群钉布置后结合组合桥面板试件的弯曲荷载试验和基于材料塑性损伤模型的有限元参数化分析。试验结果表明,群钉布置与均匀焊钉布置试件破坏模式特征均为UHPC板压溃、钢结构U肋底面屈服,二者弹性抗弯刚度分别为232kN·mm^-1及213k N·mm^-1,承载力分别为2 154 kN及2 049 kN。U肋屈服前,两试件的界面最大滑移值均小于0.2 mm。两试件应变分布及发展规律相似,截面应变分布均近似服从平截面假定。参数化分析结果表明,群钉孔纵向布置间距由600 mm增至1 200 mm,承载力及弹性刚度无明显变化。群钉孔尺寸相同时,孔间距对UHPC黏结界面结合状态无显著影响。间距600 mm相较1 200 mm布置可更好地保证焊钉受力安全性及截面组合效应。综合对比参数化模型抗弯性能,纵向间距600 mm结合群钉孔内2×3群钉布置对正弯矩作用下后结合钢-UHPC组合桥面板受力状态改善更为有利。     

组合桥面板疲劳荷载后剩余承载力试验研究

为了研究高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的剩余承载力,设计制作了两个足尺的正交异性高性能混凝土组合桥面板,通过疲劳和静力加载试验测试了正交异性组合桥面板的静力承载能力、破坏形态与疲劳后剩余极限承载力。试验结果表明：正交异性高性能混凝土组合桥面板经历疲劳荷载后的静力破坏形态为受弯破坏,试件达到极限状态时中支点截面U肋屈曲,受拉钢筋屈服,负弯矩区混凝土板开裂严重,组合桥面板的受力性能发生退化。经过疲劳加载后的桥面板的剩余极限承载力较没有经过疲劳加载的桥面板承载力下降了约11.6%。基于钢筋混凝土黏结滑移理论推导了适用于疲劳荷载作用后的高性能混凝土组合桥面板平均裂缝间距计算公式。对比试验结果,所提出的平均裂缝间距计算公式具有良好的精度,可为实际工程应用提供理论参考。     

基于ABAQUS的钢板-混凝土组合桥面板非线性分析

在考虑材料非线性和接触非线性的基础上,采用有限元软件ABAQUS对钢板-混凝土组合桥面板进行了建模以及静力加载至破坏的受力全过程的非线性分析。与试验进行对比,表明ABAQUS计算值与试验结果吻合良好,此外通过与钢筋混凝土板的比较,表明组合桥面板具有较大的抗弯承载力和刚度。     

混合桥面横向连接构造静力性能

将大跨度桥梁外侧车道及车道以外部分桥面的正交异性钢板替换为超高性能混凝土（UHPC）华夫板而形成混合桥面系统,提出连接2种桥面的横向连接构造。对横向连接构造进行静力弯曲试验和理论分析,得到正、负弯矩作用下的破坏模式、极限承载力、抗裂性能、两侧桥面的协同受弯性能。最后,给出了考虑UHPC开裂后残余应力的断面塑性极限承载力计算方法。结果表明：该横向连接构造有较好的塑性变形能力并协同两侧桥面共同受力,弹性阶段横向连接构造两侧的正交异性钢板和UHPC华夫板断面应变符合平截面假定。由提出的断面承载力理论计算方法预测的正弯矩作用试件极限承载力误差在8%以内,负弯矩作用试件承载力由板件局部屈曲控制,断面承载力理论计算方法须考虑局部稳定的影响。     

焊钉布置对钢-超高性能混凝土组合桥面板收缩效应影响

为探究不同焊钉布置对钢?超高性能混凝土（UHPC）组合桥面板收缩效应的影响规律,进行了常温养护条件下焊钉间距分别为200 mm和300 mm的足尺节段组合桥面板收缩监测试验,并利用有限元分析软件对试验模型进行了收缩模拟,在此基础上开展了不同焊钉间距下组合桥面板收缩效应的参数化分析。试验监测结果表明：试验中UHPC初凝时间约为17 h。钢?UHPC组合桥面板边缘区域UHPC收缩量较中心区域更大,前72 h最大收缩量约为450×10⁶;当焊钉间距从200 mm增加到300 mm后,UHPC受整体约束减弱,其中钢板约束作用下降,最大压应变减小约51.6 %;钢筋约束作用增强,最大压应变值增加约42.9 %。有限元分析表明：UHPC与钢板端部界面处应变差增加20.9 %,滑移最大处焊钉剪应力增加64.7 %。参数化分析可知：当焊钉间距从100 mm增加至400 mm时,跨中UHPC拉应力减小3.7 %;跨中钢板压应力减小17.8 %,钢筋压应力增加86.3 %。以上结果表明焊钉间距增加使钢与UHPC之间组合作用减弱的同时,引起了结构次内力的分布变化,UHPC与钢结构的次内力减小,钢筋承担的约束作用增强,压应力增大。适当地增加焊钉间距可以减小收缩引起UHPC拉应力和钢结构次内力,但需要注意组合作用减弱对力学性能的影响。     

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.     

组合桥面板U肋对接焊缝疲劳破坏及修复方法试验

为了研究弯折U形肋组合桥面板的疲劳性能以及疲劳开裂后的修补方法,对一个带连续弯折U形肋的组合桥面板试件进行了前后两次疲劳试验研究.首先对初始采用无衬垫对接焊缝的试件进行疲劳加载直到焊缝开裂;然后在开裂处采用带衬垫的对接焊缝加固,再次进行疲劳加载直到破坏.研究了组合桥面板疲劳破坏形态、开裂处疲劳强度评定、疲劳裂缝修复方法及修复后的疲劳性能.试验结果表明:在反复荷载作用下无衬垫单面焊的对接焊缝是正交异性组合桥面板的薄弱处,首先发生疲劳裂纹,采用带衬垫的熔透对接焊缝对开裂处进行修补,能起到较好的补强效果.     

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.