体外预应力UHPC节段梁抗弯性能试验研究

为研究体外预应力胶接缝UHPC节段梁的抗弯性能,完成了3根体外预应力UHPC梁的四点弯曲模型试验,包括一根整体梁和两根节段梁,获得了试件的破坏模式、荷载-挠度曲线和接缝张开情况等主要试验结果,胶接缝UHPC节段梁由环氧树脂胶层破坏导致接缝张开,与胶接缝NC节段梁由接缝附近NC破坏导致有所不同. 考虑截面预压应力和环氧树脂弯拉强度的作用,提出了胶接缝UHPC节段梁的接缝张开弯矩计算公式,计算结果与试验结果误差小于1%,吻合良好. 为准确计算体外预应力UHPC节段梁的抗弯承载能力,将UHPC节段梁的各节段简化为杆、接缝简化为弹簧铰,提出了杆-弹簧铰简化模型. 基于该模型,采用解析法推导了体外预应力筋的应力变化和二次效应的计算公式,预应力筋应力的理论值与试验值误差小于2.3%,吻合良好. 考虑到节段梁接缝张开的不确定性,提出了抗弯承载能力域的概念,即不同接缝张开情况下结构抗弯承载能力的包络范围,抗弯承载能力域的下限值与试验值误差小于6%,建议以下限值作为结构抗弯承载能力的参考值. 上述方法可丰富体外预应力胶接缝UHPC节段梁接缝张开弯矩和结构抗弯承载能力的计算理论.     

城市轻轨高架桥胶接缝预制节段箱梁的力学性能研究

研究了城市轻轨高架桥胶接缝节段预制拼装体外预应力连续箱梁正截面抗弯等力学性能.以澳门C370轻轨高架桥为工程背景,分析了VIADUCT IS20-V01段连续梁构造特点,通过建立有限元模型,选取墩顶和跨中为控制截面,研究结构在不同工况作用下的应力状态并进行承载力计算.结果表明:截面应力、正截面抗弯、斜截面抗剪和抗裂能力均满足相关规范要求;在整体升温、降温作用下,各截面剪应力非常接近,可以忽略温度荷载对截面剪应力的影响.建议:在极限承载力状态设计下,对其抗弯刚度和抗剪承载力进行折减,可为类似桥梁结构计算提供参考.     

UHPC键齿+螺栓连接接缝梁抗弯性能试验研究

为了研究预制UHPC键齿+螺栓连接接缝梁的抗弯性能,进行了6根UHPC键齿+螺栓连接接缝梁(简称接缝梁)和2根UHPC整体梁的弯曲试验,探讨梁底配筋、接缝设置钢垫板及涂抹环氧树脂胶等因素对UHPC接缝梁的破坏形式、抗弯承载力、跨中挠度、连接钢板上下缘应变和接缝相对纵向位移的影响;采用有限元软件ANSYS分析了长期压应力作用下UHPC徐变对螺栓预紧力的影响.试验及分析结果表明:UHPC接缝梁在梁底配筋不同的情况下存在接缝梁刚度突变区梁体受弯破坏和键齿楔形破坏引起的接缝破坏2种破坏模式,接缝表面涂抹环氧树脂胶对接缝梁的抗弯性能影响小,接缝两侧设置钢垫板可提高接缝的抗弯承载力,减小接缝梁的跨中挠度和接缝的上、下缘相对纵向位移,且对连接钢板的受弯变形也有一定的改善作用.长期压应力作用引起的UHPC徐变会导致螺栓预紧力下降,下降幅度可达24.7%.     

预制节段桥梁钢榫键接缝直剪力学性能试验

设计8组“Z”型接缝试件,以榫键数量、几何形状、尺寸和接缝类型为试验参数,对钢榫键接缝的力学性能开展试验研究。试验结果显示：方形榫键试件开裂后承载能力较圆形榫键试件更稳定;单键（干、胶）,双键（干、胶）接缝相比平面（干、胶）接缝承载能力分别提高3.81倍、43.02%,6.06倍、41.58%;单、双键胶接缝相比其干接缝剪切强度分别提高151.39%、69.68%,但胶接缝出现更明显的脆性破坏;混凝土开裂强度和榫键剪切强度决定了干接缝不同的破坏模式,而胶接缝均出现直剪破坏;胶接缝直剪破坏后接缝剪切抗力由钢榫键和界面摩擦提供,其力学性能类似其干接缝。     

胶接缝节段预制拼装桥梁理论研究综述

节段预制拼装造桥技术是近年来中国新发展起来施工技术,环氧树脂胶接缝也是目前中国新兴的装配式桥梁连接方式,虽然在一些桥梁项目上进行了试点,但学者们在该领域理论研究较少。为此,针对胶接缝节段预制拼装桥梁的主要结构：胶接缝、剪力键以及结构的耐久性的研究现状进行了归纳总结,指出了目前研究中存在的若干不足;针对胶接缝节段预制拼装桥梁目前理论研究的空白,提出了在环氧树脂胶接缝寿命、剪力键设计、桥梁结构体系设计等方面开展深入研究的建议;可为今后节段预制拼装桥梁的深入研究提供理论依据。     

预制节段桥梁钢榫键接缝受力特性

设计2个接缝直剪试验,并结合数值分析对钢榫键接缝在施工阶段和成桥阶段的受力特性进行分析。结果表明：在侧限压力的作用下钢榫键接缝依靠钢材和混凝土的接触受压来传递接缝间的剪力,接缝具有较高的抗剪承载力和良好的延性,当荷载?位移曲线进入水平段后,接缝仍能承受较大的相对变形,并保持承载力不降低;在施工阶段应由钢榫键跨缝齿的非弹性变形对临时荷载进行控制设计,在成桥阶段应由钢榫键材料剪切强度对接缝直剪强度进行控制设计;钢榫键接缝直剪抗力可按剪切实用公式计算,钢榫键材料和跨缝齿直径均是影响钢榫键接缝承载力的关键因素。     

新型节段拼接箱梁桥抗剪性能试验研究

针对预应力混凝土箱梁桥施工质量不易保证的问题,提出梁端预制拼接的施工方法,采用精细化加工的箱梁锚固端节段,通过剪力键与混凝土箱梁的现浇节段纵向拼接,从而避免由于施工原因造成的预应力箱梁桥长期性能退化。作为拼接箱梁桥受力的关键构件,梁端承受剪力作用的结合面的受力最为不利,因此本文采用足尺模型试验和有限元计算的方法,对新型节段拼接混凝土箱梁桥抗剪性能进行研究。试验、有限元计算和参数分析结果表明,所建立的有限元模型能较好地模拟节段拼接箱梁桥在试验荷载作用下的抗剪性能;带剪力键的箱梁节段结合面是该类型桥梁受力最薄弱的部位;试验模型在试验荷载的作用下,其主要破坏模式是在箱梁节段之间传递剪力的剪力键发生破坏;桥梁抗剪极限承载力与剪力键尺寸成正比,与腹板剪力键和顶板剪力键的数量成正比,但与底板剪力键的数量关系不大。     

UHPC大键齿干接缝直剪性能及尺寸参数分析

预制拼装UHPC桥梁的拼接接缝是该类桥梁整体受力尤其是剪切受力的关键.为探究UHPC大键齿干接缝的直剪性能,基于ABAQUS塑性损伤模型建立了非线性有限元模型,并采用现有文献的UHPC键齿干接缝试验数据进行了模型校验.以校验的有限元模型为基础,研究了UHPC大键齿干接缝直剪性能及剪切破坏过程,揭示了其两种主要破坏模式,即滑移破坏和直剪破坏.同时,开展了UHPC干接缝的大键齿尺寸参数分析,考虑的参数主要包括:键齿深度、键齿倾角和侧向应力;根据计算分析结果,大键齿尺寸建议取深齿比0.15～0.25且键齿倾角小于37°较为合理.此外,基于摩尔应力圆理论和有限元计算结果,建立了UHPC大键齿干接缝直剪承载力计算公式,经试验数据验证具有良好的适用性.     

混凝土预制节段梁不同厚度胶接缝抗剪试验研究

预制节段梁在悬拼过程中会出现不等厚度的接缝胶,为了探究胶厚度对接缝抗剪刚度及抗剪承载力的影响特征,文章以胶接缝厚度(1、3、8 mm)和接缝类型(湿接缝和单键齿胶接缝)为试验参数,开展接缝抗剪性能的试验研究。结果表明：胶接缝厚度增加,接缝区域的抗剪强度未出现衰减行为,试件的抗剪承载力未出现随胶接厚度增加而减小的情况;数字图像相关(digital image correlation, DIC)变形测量结果表明,胶接缝的部位先产生变形,但是随着荷载增加,后期从单键齿混凝土根部先破坏产生裂缝,能量从混凝土根部裂缝处释放;相关计算公式不考虑环氧胶对试件抗剪强度的影响,对于试件的抗剪强度,预测1 mm胶接缝试件精度较高,但预测3 mm及以上试件时偏差稍大。     

节段预制波形钢腹板组合梁弯曲性能试验研究

为了解节段预制波形钢腹板组合梁和整体浇筑波形钢腹板组合梁弯曲性能的差异,设计了2根1∶10缩尺试验梁的静力试验,研究了接缝的存在对节段预制波形钢腹板组合梁的破坏模态和变形、不同截面上构件的应变分布、体内体外预应力束增量及极限承载力的影响.利用有限元法分析了节段数量及体内体外预应力筋配束比对节段预制波形钢腹板组合梁弯曲性能的影响.结果表明,接缝的存在对梁体初始抗弯刚度影响不大,但节段预制梁极限承载力约为整体浇筑梁的0.79倍.节段划分数目越多,节段预制梁极限承载力越小.节段预制梁预应力束增量明显大于整体浇筑梁,且体内配束占比越大,节段预制梁极限承载力越大,实际工程中节段预制波形钢腹板组合梁体内体外配束比不宜小于1.     

节段预制拼装混凝土桥梁剪力键接缝的抗剪强度

基于节段预制拼装混凝土桥梁腹板处多齿剪力键接缝脱离体的应力解析,分析并推导了多齿剪力键根部剪应力分布规律.依据弹性理论分析结果,提出了多齿剪力键根部剪应力分布的不均匀系数,并在考虑该不均匀系数后对AASHTO接缝抗剪强度计算公式进行了修正.与数值分析结果的比较表明,该修正公式能够准确地反映多齿剪力键中剪应力的变化趋势和峰值效应,而且修正公式计算结果与相关试验结果误差在5%以内.     

分段预制拼装预应力混凝土盖梁静力性能试验

为探究采用不同胶接缝构造的分段预制拼装大悬臂PC盖梁在弯剪内力共同作用下的受力性能,结合实际工程,设计制作了1个整体预制大悬臂PC盖梁模型以及3个分别采用大键齿、小键齿和牛腿式接缝构造的分段预制拼装大悬臂PC盖梁模型（模型缩尺比例均为1:5）,并完成4个模型全过程的静力加载测试试验,获得梁体开裂荷载、极限承载力以及梁体混凝土应变分布、挠度、最大裂缝宽度等关键结果。试验结果表明：分段预制拼装盖梁模型与整体预制盖梁模型的裂缝分布形态基本相同,破坏时梁体裂缝分布稀疏,裂缝宽度较大,且破坏形式均为弯曲破坏;采用大键齿和牛腿式接缝构造的盖梁模型的开裂荷载与整体盖梁模型相同,而采用小键齿接缝构造的盖梁模型的开裂荷载仅为整体盖梁模型的81%;采用不同接缝构造的盖梁模型的极限承载力均明显低于整体盖梁模型,其中采用牛腿式接缝构造的盖梁模型的极限承载力最大,约为整体盖梁模型的84%;从极限变形能力看,采用牛腿式接缝构造的盖梁模型的极限位移达到整体盖梁模型的75%,而采用大键齿或小键齿接缝构造的盖梁模型的极限位移均低于整体盖梁模型的50%。综合结构静力性能及施工性能,牛腿式接缝构造是推荐采用的分段预制拼装大...     

考虑弯距影响的混凝土键齿接缝抗剪承载力计算方法

为建立能反映多键齿折减效应的混凝土接缝抗剪承载力计算公式,考虑弯矩对键齿剪切面正应力分布的影响,基于应力莫尔圆计算理论求得接缝面的剪应力分布,通过假设正应力中拉应力部分不提供承载力,提出了考虑弯矩影响的混凝土键齿接缝抗剪承载力计算方法,并采用既有试验对公式进行验证.结果表明:既有计算式对单键齿承载力存在不同程度的低估,AASHTO计算式虽能较好地预测单键齿接缝的承载力,但对多键齿干接缝的承载力存在明显的高估.相比AASHTO计算式,建议式针对单键齿干接缝承载力的计算结果较为保守,计算值与试验值比值的平均值为0.84;多键齿干接缝的计算值与试验值更加吻合,计算值与试验值比值的平均值为0.95;针对键齿胶接缝的计算结果与AASHTO计算式结果差别不大.所提方法能考虑不同键齿布置、键齿深度对承载力的影响,解释了多键齿干接缝的折减效应,适用于混凝土键齿接缝的抗剪承载力计算.     

单调荷载下体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能

基于3根模型梁试件的单调静力试验,对体外预应力钢-混凝土组合梁的受力性能进行了研究.研究表明:施加体外预应力可以有效提高组合梁的抗弯承载力,但试件的延性有所降低;试件纯弯段截面应变分布符合平截面假定;增大栓钉间距可以提高试件的极限变形能力,但对其抗弯承载力的影响不大;试件的抗剪连接程度越低,达到极限荷载时栓钉滑移值越大.结合试验并通过有限元建模,分析了混凝土强度等级、有效预应力、预应力筋线型、栓钉间距等对体外预应力组合梁受力性能的影响.最后,在考虑了预应力筋作用的基础上,提出了体外预应力组合梁抗弯承载力的简化计算方法,该方法可为体外预应力组合梁的设计计算提供参考.     

基于拉压杆模型的节段箱梁接缝边缘配筋计算方法

为防止节段预制箱梁胶接缝边缘出现斜裂缝而引起的破坏,采用数值分析和拉压杆模型的方法开展研究,揭示此类斜裂缝的开裂机理,提出节段预制箱梁接缝边缘竖向配筋以及腹板中部水平配筋的计算方法。基于笔者以及Turmo等所做的试验建立节段预制箱梁纯弯段标准节段有限元模型,进行详细数值模拟分析,得到节段预制箱梁的应力场分布;以应变能最小为优化目标,对节段预制箱梁纯弯段进行拓扑优化分析,明确荷载传递路径。根据以上弹性应力分析和拓扑优化分析结果,建立节段预制箱梁纯弯段标准节段的拉压杆模型并进行验证,定量确定节段预制箱梁边缘的竖向拉力和腹板中部水平拉力的大小,提出节段预制箱梁胶接缝边缘竖向配筋以及腹板水平配筋的计算方法和公式。最后以南京长江四桥引桥标准节段箱梁为例,利用推荐的节段预制箱梁纯弯段标准节段拉压杆模型,对节段箱梁胶接缝边缘竖向配筋及腹板水平配筋进行校核,并给出相应的配筋建议。研究结果表明:利用提出的节段预制箱梁纯弯段标准节段拉压杆模型进行节段箱梁胶接缝边缘竖向配筋以及腹板水平配筋,设计更加合理且具有理论依据,进而验证了节段箱梁接缝边缘配筋计算方法的可行性。     

基于OpenSees的节段拼装桥墩抗震性能数值分析

为对预应力混凝土节段拼装桥墩抗震性能的数值分析提供依据,应用OpenSees有限元计算程序,选取非线性纤维梁柱单元配合适当的材料本构模型,对桥墩的混凝土节段、接缝及预应力筋进行模拟.首先,介绍桥墩材料所选用的本构模型;然后,介绍模型对各部件的模拟方法、纤维网格划分以及边界条件设置;其次,开展模型分析并将计算结果与拟静力...     

半现浇榫卯节段预制桥墩滞回性能研究

为克服传统无粘结预应力节段预制桥墩在水平往复荷载下接缝处易出现压碎破坏、滞回性能较差的缺点,在原有桥墩基础上进行改进,采用桥墩底部塑性铰区域与承台一同浇筑、其余部分节段预制的方式,考虑混凝土塑性损伤模型进行非线性拟静力加载计算。发现此种结构对比传统节段预制桥墩滞回性能有一定提升,结构受力控制截面转变为现浇部分与节段之间的接缝,并在此基础上在节段间加入榫卯结构与耗能钢筋,进一步提升了结构的延性与极限承载力。结构的破坏形式也由接缝间因开张与闭合产生的压碎破坏转变为墩底的弯曲破坏,滞回性能大幅提升,并具有更好的整体性。     

干接缝节段拼装桥墩连续梁桥地震反应分析

根据已有的干接缝连接节段拼装桥墩的研究成果,采用集中塑性铰方法对一座节段拼装连续梁桥的抗震性能进行了分析,比较了节段拼装连续梁桥与整体现浇钢筋混凝土连续梁桥地震响应的异同。研究结果表明：节段拼装桥墩桥梁的位移响应大于具有相同骨架曲线的整体现浇普通钢筋混凝土桥墩桥梁的位移响应。集中塑性铰方法可以推广应用到节段拼装桥墩桥梁中进行抗震性能分析。     

铝-木组合梁受弯性能研究

提出一种以T型带肋定向结构刨花板(oriented strand board,OSB)为骨架,梁腹板下表面与铝板通过螺钉连接组成的铝-OSB板T形截面带肋组合梁(简称为铝-OSB板组合梁)。以组合梁的腹板高度和铝板厚度为参数,设计了4根铝-OSB板T形截面带肋组合梁试件,对各个试件进行抗弯性能的试验,观察在各级荷载作用下试件的破坏过程和破坏形态、OSB板和铝板的应变变化以及组合梁跨中挠度的变化规律。建立ABAQUS有限元模型,对比有限元模拟与试验的结果,并且分析不同螺钉间距对组合梁受弯性能的影响。试验结果表明:在达到极限承载力时,各组合梁的铝板均达到屈服应变;组合梁中OSB板和铝板能够同时参与工作,整体工作性能好,组合效应显著;提高组合梁的腹板高度和铝板厚度可以不同程度地提高组合梁的受弯承载力,且腹板高度对组合梁的受弯性能影响远大于铝板厚度对其的影响;有限元分析结果与试验结果吻合良好;基于有限元模拟的分析表明,随着螺钉间距的减小,组合梁的承载力会有所提高。     

预应力度对节段拼装桥墩抗震性能影响研究

为了研究预应力度对节段拼装桥墩抗震性能的影响,采用ABAQUS有限元软件对不同预应力度的桥墩进行仿真模拟分析,并通过拟静力试验验证模拟准确性.由模拟与试验结果得到:预应力连接的节段拼装桥墩滞回曲线呈旗帜型;节段间榫卯剪力键提供抗剪承载力,减小了桥墩节段间应力及位移,避免了节段间的相对滑移;ABAQUS有限元软件对桥墩的数值模拟与试验相比误差不超过15%;随着预应力度的增大,节段拼装桥墩屈服位移和极限位移有一定的增加,累积耗能能力显著增强,但对桥墩延性及残余位移影响不大.