混杂纤维混凝土组合梁桥桥面板力学性能

针对目前钢筋混凝土桥面板在车辆荷载作用下易开裂加速了桥面板破坏的问题,提出了一种新型的提高桥面板安全性和耐久性的混杂纤维混凝土(HFRC)组合梁桥桥面板。首先,设计4个试件(2个HFRC试件,2个普通混凝土试件)分别进行单调和循环加载试验,从试件的破坏模式、裂缝发展、荷载-挠度、荷载-应变等方面分析桥面板的力学性能。然后引入HFRC本构关系,应用ABAQUS建立了HFRC桥面板基准有限元模型,研究了不同掺量(体积分数,下同)下钢纤维(0%、0.5%、1%和1.5%)和聚丙烯纤维(0%、0.05%、0.1%和0.15%)对桥面板静力性能的影响。最后根据试验和数值模拟结果,在钢筋混凝土板抗冲切承载力公式现有规范基础上,引入纤维特征值。研究结果表明：纤维的桥接作用不仅能提高桥面板的开裂荷载和极限承载力,在单调和循环加载下的承载力分别提升了9%和6%,能够起到有效的增强、增韧和阻裂作用。随着钢纤维掺量增加,桥面板的承载能力和抗裂性能得到改善,而聚丙烯纤维对桥面板的开裂荷载和极限承载力的改善效果不大,但可以改善桥面板的韧性,聚丙烯纤维和钢纤维两者混合时更能提高桥面板承载力、刚度和屈曲后的韧性。提...     

钢砼组合结构PBH剪力键疲劳试验及疲劳损伤规律研究

基于PBL剪力键,提出了适用于钢箱砼组合桥梁的PBH剪力键。以PBH剪力键疲劳损伤规律为研究目标,开展5组12个PBH剪力键静载及疲劳推出试验。基于试验数据,对比静载试验和疲劳试验的累积滑移曲线规律,分析疲劳加载荷载比对试件疲劳寿命影响,利用裂缝开展过程分析PBH剪力键疲劳损伤发展历程。研究表明：PBH剪力键疲劳破坏与静载破坏的规律性类似;荷载比对PBH疲劳损伤过程及寿命影响较大;PBH剪力键的疲劳损伤累积滑移主要由混凝土榫的破碎、迁移造成。     

钢砼组合结构PBH剪力键疲劳试验及损伤规律

基于PBL剪力键,提出了适用于钢箱砼组合桥梁的PBH剪力键。以PBH(perfobond hoop)剪力键疲劳损伤规律为研究目标,开展5组12个PBH剪力键静载及疲劳推出试验。基于试验数据,对比静载试验和疲劳试验的累积滑移曲线规律,分析疲劳加载荷载比对试件疲劳寿命影响,利用裂缝开展过程分析PBH剪力键疲劳损伤发展历程。研究表明:PBH剪力键疲劳破坏与静载破坏的规律性类似;荷载比对PBH疲劳损伤过程及寿命影响较大;PBH剪力键的疲劳损伤累积滑移主要由混凝土榫的破碎、迁移造成。     

可拆卸式钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键的抗剪性能试验研究

采用高强螺栓剪力键连接的钢-预制UHPC组合梁具有性能优越、施工方便、构件拆除更换快捷等优点。目前缺乏关于UHPC中高强螺栓剪力键抗剪性能的相关研究,限制了该类组合梁的工程应用。基于此,试验共设计16个推出试件,探究螺栓直径、螺栓等级、螺栓预紧力和剪力键类型对钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键抗剪性能的影响。试验结果表明,推出试件以剪力键剪断为主要破坏模式,剪切面下方发生局部混凝土受压剥落,而预制UHPC板外表面仅在预制槽周边观察到细微裂缝。随着螺栓直径从16 mm增大至27 mm,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力、初始抗剪刚度和延性分别提高了210%、128%和124%;当螺栓等级从4.6级提高到12.9级时,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力、初始抗剪刚度和延性分别提高了124%、77%和92%;随着螺栓预紧力等级从0.2增大到1.0时,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力和延性变化不明显,但初始抗剪刚度提高了80%;相比于相同直径的传统焊钉剪力键,螺栓剪力键的单栓抗剪承载力有所下降,但整体抗剪性能仍满足结构性能要求。结合试验结果,分析现行国内外规范对钢-混凝土组合梁中剪力键抗剪承载力计算公式的适用性,并在此基础上提出一条更精确的计算公式用以预测钢-预制UHPC组合梁中螺栓剪力键的抗剪承载力。此外,研究提出适用于预测钢-预制UHPC组合梁中高强螺栓剪力键荷载-滑移关系的计算模型,模型预测结果与试验结果的相关系数处于0.98到0.99之间。     

混杂纤维混凝土与既有混凝土的粘结斜剪性能试验研究

目的 研究混杂纤维及涂抹环氧界面剂对新老混凝土粘结性能的影响。方法 对12组混杂纤维混凝土(体积分数为0.11%的聚丙烯纤维,体积分数分别为0.8%和1.2%的多锚点钢纤维)与既有混凝土粘结试件(100 mm×100 mm×300 mm)进行斜剪性能试验,并对粘结界面取样进行SEM扫描分析。研究不同纤维掺量及界面剂对新老混凝土的界面粘结强度、破坏形式的影响以及混杂纤维在粘结面的作用机理。结果 与普通混凝土试件的粘结斜剪强度相比,1.2HFRC粘结斜剪试件强度提高幅度最大,达到了29%;混杂纤维混凝土试件与单掺钢纤维混凝土试件的粘结斜剪强度差异较小,二者平均提升幅度约为5%,纤维掺量每增加0.1%,斜剪强度平均提升约0.18 MPa;不同纤维掺量的混凝土试件在涂抹环氧界面剂后增幅平均为3 MPa左右。结论 混杂纤维掺入后能有效改善粘结界面区的孔隙结构,提高界面粘结性能。     

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。     

纤维增强混凝土刚性铺装钢桥面板受力性能试验

为了研究钢纤维混凝土作为刚性铺装对正交异性钢桥面板受力性能的改善,设计制作了1个正交异性钢桥面板试件及1个带刚性铺装的钢桥面板试件。通过静力试验,考察了桥面板在车轮荷载作用下结构的受力性能,测试了桥面板不同部位的结构应变和变形。试验结果表明:采用钢纤维混凝土作为刚性铺装,能显著改善在车轮荷载作用下钢桥面板焊缝附近的疲劳性能,可以大大减小桥面板发生疲劳破坏的可能性;采用适当连接件的刚性铺装可以提高桥面板的刚度。     

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.     

带开孔板连接件的压型钢板‒混凝土组合桥面板疲劳性能试验研究

为研究带开孔板连接件（PBL连接件）的压型钢板?混凝土组合桥面板的疲劳性能，设计制作了1块连续组合桥面板试件，试件长9.25 m，宽1.5 m，最大混凝土板厚24 cm，压型钢板厚3 mm；开展了单点变幅疲劳加载和间隔性的静力加载试验，测试了试件的跨中挠度、钢底板和负弯矩区钢筋应变，观测了负弯矩区混凝土裂缝的分布与发展，测量了最大裂缝宽度，得到了组合桥面板试件受力性能随疲劳加载次数增加而退化的过程以及和试件的疲劳破坏形态。试验结果表明：组合桥面板试件的受力性能随着疲劳加载次数的增加而发生退化；在经过累计600万次疲劳加载后试件未发生破坏，表明其具有较好的抗疲劳性能；组合桥面板试件最终的疲劳破坏形态为跨中截面钢底板断裂破坏，裂纹最先萌生于PBL连接件与钢底板焊接位置，同时静载下负弯矩区混凝土的最大裂缝宽度达到了0.2 mm，利用线性损伤准则分析了已有的S-N（应力幅?循环次数）曲线对组合桥面板的适用性。     

组合桥面板球扁钢加劲肋螺栓接头力学性能

为了研究组合桥面板中球扁钢加劲肋的高强螺栓接头的力学性能,设计制作了2个采用双面对称拼接板螺栓接头的组合板试件,通过疲劳和静力加载试验测试了螺栓接头的受力性能,并采用有限元模型对接头进行受力分析。试验及有限元结果表明:该种螺栓接头抗疲劳性能良好,正常使用状态下螺栓拼板连接效果受试验疲劳加载的影响很小;受球扁钢非对称截面特点的影响,螺栓拼板接头呈非对称弯曲,球头一侧的拼接板中间底部受力可比基于平面弯曲计算的应力值高出55%,值得在设计接头时注意;组合桥面板螺栓接头处截面的极限承载力由混凝土压溃控制,螺栓出现滑动后的承载力尚有相当的富余。     

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.     

混杂纤维混凝土抗压试验研究

对基体强度为C50,钢纤维、聚丙烯纤维体积率分别为1%～3%、0.11%的混杂纤维混凝土(HFRC)进行了抗压试验,结果表明:HFRC的应力-应变曲线上升段、抗压强度、弹性模量和泊松比均与钢纤维混凝土(SFRC)相近,但应力-应变曲线下降段的平缓程度和韧度指数则较大程度大于SFRC,体现出优异的韧性.     

部分剪力连接的橡胶集料混凝土-钢组合梁疲劳性能试验研究

为研究橡胶集料混凝土-钢组合梁的疲劳性能,对6个试件进行疲劳试验.试验考虑了橡胶集料混凝土、剪力连接程度、栓钉直径及截面尺寸对组合梁疲劳寿命、损伤累积及破坏模式的影响.试验测试并分析了组合梁在不同荷载循环次数下的混凝土应变、残余滑移、残余挠度、滑移刚度及弯曲刚度.试验结果表明:部分剪力连接的组合梁在疲劳过程中不符合平截面假定;组合梁的疲劳破坏模式为剪跨区栓钉剪断,破坏具有较大的延性;橡胶集料混凝土能有效减小裂缝宽度,明显提高疲劳寿命,并增大残余滑移,表现出更好的延性;增大剪力连接程度可提高组合梁的疲劳寿命,并降低刚度退化作用;较大的栓钉直径使组合梁疲劳性能降低,并表现出较大的塑性.研究成果可为橡胶集料混凝土在组合梁中的应用提供依据.     

钢筋混凝土桥面板疲劳寿命评估

为确保桥梁使用安全,对混凝土桥面板进行疲劳寿命评估十分迫切.基于疲劳损伤累积理论和混凝土桥面板车轮移动疲劳加载下试验数据,并引入模型相关系数,用来考虑桥面板实际寿命和试验寿命的差异,建立了混凝土桥面板疲劳寿命预测模型,对混凝土桥面板的疲劳寿命进行评估.分析比较了采用英国BS5400、欧洲规范Eurocode和美国AASHTO规范中标准疲劳车评价混凝土桥面板疲劳寿命的差异性,以及车辆超载对桥面板使用寿命的影响.计算结果表明:疲劳标准车技术参数对混凝土桥面板的疲劳寿命影响较大,应研发适用于桥面板疲劳分析的车辆荷载模型;在没有实桥调查数据情况下,建议优先采用BS5400规定的车轮活载频谱值;当车辆超载20％以上时桥面板寿命下降显著,超载40％以上时桥面板寿命将低于10年,因此在桥梁运营中应严格禁止超载20％以上车辆的通行.     

超高性能混凝土铺层提升钢桥面板疲劳性能试验研究

为明确超高性能混凝土(UHPC)铺层对钢桥面板疲劳性能的定量提升效果,考虑单轮和双轮两种加载模式,对正交异性钢桥面板典型的U肋-盖板-横隔板焊接节点在UHPC铺装前后的疲劳性能开展试验研究。首先基于静载试验得到焊接节点关键区域的热点应力分布,随后开展高周常幅疲劳试验,得到节点试件的疲劳裂纹萌生及扩展过程、疲劳破坏模式、刚度退化以及疲劳寿命等关键性能指标。结果表明:同等荷载作用下,钢-UHPC组合节点焊趾处热点应力值显著降低,最大降幅达58%;与无UHPC铺层节点相比,钢-UHPC组合节点的疲劳裂纹数量减少,裂纹扩展速率和刚度退化速度得到了有效抑制,特征疲劳寿命也得到了大幅提高。国际焊接协会疲劳设计指南中的FAT 90、FAT100级S-N(应力幅-疲劳寿命)曲线可适用于UHPC铺装前后钢桥面板的疲劳寿命评估。     

钢-SFRC组合梁高强螺栓连接件受剪性能试验

为研究内置双螺母高强螺栓连接件在钢-钢纤维混凝土(SFRC)组合梁中的受剪性能,设计并制作4个推出试件进行推出试验,研究高强螺栓直径(M12、M16)、强度等级(G8.8、G10.9)及混凝土强度(CF25、CF30)对剪力件破坏形态、荷载-滑移曲线、荷载-混凝土板应变曲线、抗剪刚度以及抗剪承载力等力学性能的影响;结合试验结果与已有螺栓连接件受剪承载力计算式,提出内置双螺母高强螺栓连接件在钢-SFRC组合梁中的受剪承载力设计建议。结果表明：所有试件的破坏形态均为高强螺栓剪断破坏,并伴随螺栓下方混凝土的少量剥落;相比普通混凝土推出试件,掺入钢纤维能抑制混凝土板裂缝的产生和发展,并能提高试件的延性;内置双螺母高强螺栓连接件的典型荷载-滑移曲线由克服摩擦力阶段、初始滑移阶段、螺杆传力阶段、螺杆塑性阶段和破坏阶段组成;试件破坏时混凝土板的水平滑移量为1.17～2.05 mm,仅为钢梁-混凝土板竖向掀起滑移量的10.8%～26.0%;内置双螺母高强螺栓连接件的抗剪承载力和滑移后的抗剪刚度均随螺栓直径、强度等级及混凝土强度的增大而提高,初始滑移荷载随预紧力的增大而提高;内置双螺母高强螺栓连接件在S...     

钢-钢纤维混凝土梁剪力件疲劳性能试验研究

文章根据某实际钢-混组合桥梁结构,设计了钢-钢纤维混凝土组合梁剪力连接件推出试件,对其极限抗剪强度及疲劳性能进行了相关试验,研究了静载破坏与疲劳破坏的形式,得到了结构的极限剪切强度和荷载-滑移曲线及相关疲劳曲线,根据τb、τs和τ-1画出了剪力连接件Goodman疲劳极限图。试验表明,文中所提出的计算方法和试验结果可供工程设计参考应用。     

重复荷载作用后栓钉连接件的剩余力学性能

为研究钢-混凝土组合结构中栓钉连接件在疲劳荷载作用后的力学性能退化规律,基于标准推出试验方法,对共计11个栓钉连接件的推出试件进行了三组试验,分别为推出试件的静载破坏试验、完全疲劳破坏试验以及经历一定疲劳荷载循环次数后的静载破坏试验.在得到栓钉推出试件的静力承载力和疲劳寿命的基础上,分析总结了不同疲劳荷载循环次数后的栓钉推出试件的抗剪承载力、抗剪刚度、延性等力学性能的变化情况,并建立了考虑力学性能退化的栓钉荷载-滑移本构模型.结果表明:(1)栓钉连接件在静载破坏、疲劳破坏以及疲劳后静载破坏下呈现三种不同的截面破坏特征;(2)疲劳荷载作用下,栓钉推出试件的各项剩余力学指标均呈非线性退化,退化趋势显著;(3)文中所建立的栓钉荷载-滑移本构模型,形式简单,便于应用,且计算值与试验值吻合良好.     

栓接装配式钢-混凝土组合梁及其抗剪键的力学性能研究

为了探究摩擦型高强度螺栓在装配式钢-混凝土组合梁中的适用性,采用ABAQUS有限元软件建立了推出试件和简支梁试件的有限元模型。在试验结果验证模拟可靠性的基础上,研究了螺栓预拉力、螺栓孔径、混凝土强度和螺栓强度等因素对单个抗剪键及整体组合梁的影响。分析结果表明：抗剪键的受力过程分为摩擦、滑移、承压和破坏四个阶段;螺栓预拉力、混凝土强度的增大有利于提高摩擦型高强度螺栓的极限承载力和承压抗剪刚度,较大的混凝土孔隙显著降低了螺栓抗剪刚度;提高螺栓预紧力或提高混凝土强度均可增强钢与混凝土部件的组合作用,相反,在抗剪连接程度不变的情况下,提高螺栓等级导致界面刚度分布不均,不利于滑移控制。     

钢-聚丙烯混杂纤维配筋混凝土抗裂性能试验

为了研究钢纤维和聚丙烯纤维对于配筋混凝土裂缝生发的影响,设计并开展了钢-聚丙烯混杂纤维配筋混凝土轴心拉伸试验.通过分析试件裂缝的形成过程、试件的初裂荷载以及平均裂缝宽度,得到不同应力水平下混杂纤维掺量对于基体混凝土抗裂性能的影响.试验结果表明:掺入混杂纤维可以明显改变有效配筋率在2%以下的混凝土的裂缝形态;混杂纤维能显著提高试件的初裂荷载并且减小试件的平均裂缝宽度;随着钢筋应力的增大,混杂纤维表现出了不同的阻裂效应;在同等纤维体积掺量下,配筋率越大则试件平均裂缝宽度越小.