新型湿接缝钢筋连接构造的力学性能研究

为了弥补叠合梁桥面板湿接缝普通钢筋连接构造搭接长度大、绑扎或焊接难度高等缺陷,提出了L形钢筋连接构造。采用有限元软件ANSYS,对采用直钢筋、环形钢筋、弧形钢筋和L形钢筋连接构造的叠合梁桥面板湿接缝受力性能开展了数值模拟,对比研究了不同钢筋连接构造条件下湿接缝的受力特征、承载能力和施工工艺。研究结果表明:在湿接缝截面尺寸相同、配筋率相同的条件下,4种钢筋连接构造对应的湿接缝开裂前,非搭接区的混凝土及钢筋应力均高于搭接区,开裂时湿接缝混凝土的开裂位置均位于非搭接区,且开裂荷载与钢筋混凝土轴心受拉构件的开裂荷载理论值较为接近;L形钢筋连接构造的开裂荷载与直钢筋、弧形钢筋连接构造基本一致,但比环形钢筋低4%;4类普通钢筋混凝土湿接缝达到受拉承载力极限状态时均对应于非搭接区纵向钢筋的受拉屈服,湿接缝的受拉极限承载力只与非搭接区普通钢筋的面积和强度的乘积有关,即湿接缝的受拉极限承载力等于非搭接区纵向钢筋屈服时承受的拉力。L形钢筋连接构造在洛溪大桥拓宽工程中的成功应用表明,该连接构造开裂荷载及承载力均与其他钢筋连接构造的湿接缝相当,且具有施工工艺简单,施工便利的优点,值得在类似工程中推广应用。

钢桥面板对接焊缝表面多缺陷疲劳效应研究

为探明钢桥面板对接焊缝焊趾区域共面及异面表面多缺陷在裂纹扩展过程中的形态变化及相互作用机制,以钢桥面板U肋下翼缘对接焊缝简化后的基本焊接构造为研究对象,探明对接焊缝焊接区域的应力强度因子KI分布,并在验证ABAQUS与FRANC3D数值模拟方法可靠性的基础上,对焊趾区域植入的共面或异面多裂纹进行多裂纹扩展分析。研究结果表明:含余高对接焊缝在轴拉荷载作用下,焊趾线附近存在应力强度因子KI的峰值点;相邻共面裂纹在扩展至临界深度的过程中存在裂纹融合前、裂纹融合时及裂纹融合后3个典型的扩展阶段,不同阶段裂纹前沿形态及扩展速率da/dN变化可通过等效应力强度因子幅值ΔK_(eff)的分布来体现;共面裂纹融合前,单裂纹靠近另一裂纹长轴端点的裂纹相互作用比例因子随净间距s1与裂纹深度a比值呈幂次负相关性;对接焊缝异面裂纹中焊趾处裂纹对热影响区裂纹存在抑制作用,并随着裂纹尺寸差异的累计增加,焊趾处裂纹对热影响区的抑制作用呈线性扩大,最终使得热影响区裂纹ΔK_(eff)低于门槛值ΔKth而失去活性停止扩展,上述抑制作用随异面净间距s2的增加而减弱。

钢-薄层UHPC组合桥面结构中PBL剪力键抗剪性能试验

为探究钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面结构中PBL剪力键的抗剪性能,以抗剪钢板尺寸、贯穿钢筋设置和端部承压状态为试验参数,完成了16个PBL试件的推出试验。结果表明:(1)随着抗剪钢板尺寸的增加,试件由UHPC榫无明显损伤时的钢板剪断破坏转变为UHPC榫局部压碎或整体压碎后的钢板剪断破坏,PBL的极限承载力随之相应提高,但其延性系数无明显变化;(2)贯穿钢筋对PBL承载能力的影响与UHPC榫的损伤状态密切相关,其对PBL抗剪承载能力的提高由榫无明显损伤时的5.3%增加到榫局部压碎时的9.7%和榫整体压碎时的14.9%;(3)对于钢-UHPC组合桥面结构中平行阵列布置的多列PBL,当列间距不小于10倍贯穿钢筋直径或12倍抗剪钢板厚度时,相邻列剪力键间相互作用的影响较小。基于试验结果,提出了适用于组合桥面结构中PBL剪力键的抗剪承载力计算公式,并以本文及其它文献的试验结果验证了其适用性。

基于沥青铺装层的混凝土桥面层间黏结性能研究

为提高公路桥面铺装层长期使用性能,依托实际工程,采用环氧沥青黏结材料,两种集料(石灰岩、辉绿岩),4种涂抹量(0.1 kg/m^(2)、0.4 kg/m^(2)、0.7 kg/m^(2)、1.0 kg/m^(2)),通过三点弯曲试验、剪切试验和拉拔试验对桥面层间黏结性能进行研究。试验结果表明,采用辉绿岩抗弯拉性能较好,挠曲变形为26.1 mm,断裂能为7863 N/m;当环氧沥青涂抹量为0.7 kg/m^(2)时,黏结层抗剪强度为0.598 MPa,拉拔强度为0.716 MPa,此时黏结效果最好。最后,通过铺筑试验路段对研究成果进行应用,成功增强了钢桥面铺装层的层间黏结性能,避免了铺装层病害的出现。

带UHPC接缝的桥面板力学性能试验研究

为掌握带UHPC接缝的桥面板受弯状态下的力学特点,进一步探究UHPC接缝的合理宽度及在接缝宽度相同情况下,不同接缝截面形式、钢筋搭接形式对带UHPC接缝的桥面板抗弯性能影响,设计制作了一块现浇整体板和3块不同湿接缝构造的UHPC预制桥面板,并分别进行四点弯曲试验评估接缝处抗弯性能,对荷载-跨中位移曲线、荷载-主裂缝宽度曲线、混凝土荷载-拉应变曲线、混凝土荷载-压应变曲线、荷载-受拉钢筋应变曲线、极限抗弯承载能力、裂缝发展状况展开相关研究。结果表明:由于UHPC优异的力学性能,4组试验板的荷载-跨中挠度曲线基本相近,带UHPC接缝的桥面板极限承载力优于整体板;接缝宽度、钢筋连接方式相同的情况下,漏斗形或楔形接缝截面形式不会影响预制桥面板的极限承载力,彼此刚度差异不大;在保证桥面板整体性和承载力的前提下,预制桥面板UHPC湿接缝可减小为15 cm宽;UHPC接缝连接的整体性良好,不会影响现浇接缝区段及连接界面的抗拉性能,带UHPC接缝的预制拼装桥面板的初始裂缝和主裂缝均位于普通混凝土区域,UHPC的高弹性模量使得接缝区域局部刚度提高,相较于接缝周围混凝土区域,接缝处的受压区混凝土压应变与受拉区钢筋的拉应变都较小,接缝区域未出现裂缝,UHPC湿接缝与混凝土预制板界面处的裂缝扩展速度缓慢。

先简支后桥面板连续体系桥面板抗裂性能研究

先简支后桥面板连续体系是一种新型钢混组合结构,在该体系的中支点处设置一定长度的钢梁-混凝土桥面板分离段,可以改善桥面板负弯矩区的受力状态。目前对于该体系桥面板负弯矩区这一薄弱环节的试验研究尚属空白。本研究首先根据实际一座先简支后桥面板连续的钢混组合梁桥,设计制作了两跨1/4比例的缩尺模型,并通过安装、拆除带套筒剪力钉对中支点处的分离段长度进行调节。然后通过在两跨桥面上模拟单轮重轴荷载进行逐点加载试验,研究了分离段长度对桥面板受力状态和抗裂性能的影响。最后对原桥的抗裂性能进行了分析。结果表明,中支点处设置分离段的先简支后桥面板连续体系可显著改善结构的抗裂性能。本研究有助于推广先简支后桥面板连续体系在钢混组合结构中的应用、推动桥梁结构预制装配技术的发展。

正交异性钢-钢纤维混凝土组合桥面板疲劳极限状态研究

为了解正交异性钢-钢纤维混凝土(Steel Fiber Reinforced Concrete,SFRC)组合桥面板的疲劳性能及失效机理,以川南城际铁路临港长江大桥为背景,设计、制作正交异性钢-SFRC组合桥面板足尺模型进行疲劳试验,采用ANSYS软件建立试件有限元模型,研究关键细节的疲劳应力和开裂等情况。基于有限元模型,分析不同设计参数(钢顶板厚度、栓钉布置、SFRC抗拉强度及层厚)下组合桥面板疲劳极限状态的失效模式,并提出了主要控制参数取值建议。结果表明:200万次疲劳加载后足尺模型的实测最大裂缝宽度为0.136 mm,出现在SFRC层上缘,钢结构未开裂,组合桥面板疲劳性能良好;组合桥面板疲劳极限状态主要由SFRC层开裂控制,钢顶板厚度、栓钉布置对组合桥面板疲劳性能的影响较小,SFRC抗拉强度和层厚对组合桥面板疲劳性能影响较大,为主要控制参数;在常规正交异性钢桥面板上铺设薄层(厚度不超过50 mm)SFRC时,SFRC抗拉强度不应小于5 MPa,在常规正交异性钢桥面板上铺设普通SFRC(钢纤维体积含量不高于1%,抗拉强度不高于3 MPa)时,SFRC层厚不宜低于100 mm。

带预应力UHPC华夫桥面板抗弯性能试验研究

为研究钢纤维类型、预应力筋等因素对UHPC华夫桥面板力学性能的影响,以北京亦庄文昌桥为背景进行抗弯试验研究。设计制作了4组板肋梁试件,对比分析钢纤维类型(直线型、端钩型)、预应力筋等因素对试件破坏模式、裂缝发展以及抗弯承载力等性能的影响,并基于美国《UHPC华夫板设计指南》,提出考虑预应力筋的华夫桥面板抗弯承载力计算公式。结果表明:底部纵向受拉筋的屈服是试件进入破坏阶段的特征之一,试件最终为适筋梁受弯破坏;设置预应力筋能一定程度提升试件的强度和延性,并能有效增加初裂缝附近UHPC的应变;设置预应力筋能明显改善试件的耐久性,而且钢纤维为直线型时提升效果比端钩型更显著;提出的抗弯承载力计算值与试验值吻合较好,能准确计算UHPC华夫桥面板的抗弯承载力。

防松脱多向变位梳齿板伸缩装置的力学性能

针对桥梁多向变位的复杂工程需求,创新性提出了一种设有纵向和横向位移箱的防松脱多向变位梳齿板伸缩装置。该伸缩装置采用高强螺栓和叠层橡胶垫块构成的弹性锚固系统,有效解决了传统梳齿板伸缩装置中常见的螺栓松脱问题。采用有限元分析方法,综合考虑了如车轮荷载、梁体横向变位以及竖向变位等工况,对比分析了防松脱多向变位梳齿板伸缩装置与其他3种类型伸缩装置(传统梳齿板伸缩装置、无纵向位移箱梳齿板伸缩装置以及无横向位移箱梳齿板伸缩装置)的力学性能。研究结果表明,防松脱多向变位梳齿板伸缩装置的位移箱设计可显著增强其在桥梁发生较大幅度变位时的稳定性和可靠性。同时,弹性锚固系统不仅有效减少了螺栓松脱的风险,还在伸缩装置使用过程中起到了降噪的作用,进一步提升了桥梁的整体运行安全性,并延长了梳齿板伸缩装置的使用寿命,在桥梁工程领域具有重要的应用前景和技术优势。

正交异性钢桥面板双轴疲劳性能评估

为精确评估正交异性钢桥面板在双轴应力状态下的疲劳性能,以东营胜利黄河大桥为背景,建立该桥正交异性钢桥面板顶板、U肋、横隔板交叉连接部位焊缝的节段三维有限元模型,采用等效结构应力法对正交异性钢桥面板体系的双轴疲劳问题进行研究;通过模型试验验证正交异性钢桥面板体系的双轴疲劳特性,并进行其构造细节疲劳寿命评估。结果表明:弧形切口起焊点的疲劳裂纹萌生位置在横隔板下方焊趾处,经历裂纹萌生、裂纹稳定扩展和裂纹失效3个阶段,最终失效阶段裂纹形式为Ⅱ型裂纹主导的Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹,此为该桥正交异性钢桥面板结构体系的主导疲劳失效模式;顶板焊缝焊趾及弧形切口起焊点焊趾处于双轴应力状态,面内剪切结构应力幅对疲劳应力的影响显著,按单轴疲劳应力进行寿命预测误差较大,按单轴疲劳应力状态对结构进行疲劳寿命设计偏于不安全;基于组合等效结构应力法的计算值与试验值吻合较好,各焊接细节计算得到的最大值下的疲劳裂纹起裂位置均与试验结果一致,按双轴疲劳应力预测疲劳寿命与试验值吻合较好,疲劳寿命评价精确度较高。

双层板桁结合钢桁梁桥面结构体系受力性能研究

为研究双层板桁结合钢桁梁桥面结构体系的受力特性,以清水塘大桥主梁——双层板桁结合钢桁梁为背景,研究了恒载、车辆荷载作用下,其上、下层桥面结构系(纵横梁体系)各构件的受力情况,并分析了车辆荷载的纵向传力范围,以及大、小横梁和桥面板在传递桥面荷载时的分配关系。通过分析,验证了纵横梁桥面结构系受力的合理性,得出了恒载及车辆荷载下的主桁以节点受力为主的结论,符合桁架梁受力特点。此外,得出了桥面系各构件在传递桥面荷载时的分配关系,为相关工程的设计提供了参考和依据。

桥面板施工顺序对钢-混组合梁桥的受力影响研究及优化

为分析桥面板施工顺序对钢-混组合梁桥成桥受力性能的影响并优化现有的桥面板施工顺序,基于钢-混组合梁桥的受力过程,以交通部颁发的装配化钢-混组合梁通用图为依托,选取3×40 m钢-混组合连续梁桥为对象进行研究。采用桥梁博士软件建立钢-混组合梁桥有限元模型,以桥面板施工工序和结构体系转换时间为变量,分析7种桥面板施工顺序下的结构受力性能。结果表明:钢-混组合截面的受力模式分为一次受力状态和分阶段受力状态,其中采用一次受力状态的施工顺序具有施工方便、成桥整体刚度大、钢梁应力小的优点,但存在支点处桥面板拉应力过大的缺点;分阶段受力状态的施工顺序能有效降低支点处桥面板拉应力,但成桥钢梁应力偏大,结构刚度不足。针对采用上述2种受力模式的施工顺序不能兼顾结构成桥性能(钢梁应力、整体刚度等)较优与控制支点桥面板拉应力的问题,提出优化的混合受力状态的施工顺序,该顺序既保留了一次受力状态较优的成桥性能又显著降低了支点处桥面板拉应力,兼顾了上述2种受力模式的优点,可为钢-混组合梁桥的设计和施工提供参考。

钢桥面横隔板弧形切口维修加固与寿命评估

正交异性钢桥面板弧形切口在使用中经常发生开裂,不合理的弧形切口设计导致的应力集中是产生疲劳开裂的主要原因。热切割改进弧形切口能有效地降低横隔板所受车载应力,但过程中会产生高水平的残余应力影响疲劳寿命。为此,提出了热维护+冷维护的疲劳维护方案,以热切割优化改进切口,并在纵肋与横隔板连接处粘贴钢板加固。采用ABAQUS软件建立钢箱梁节段模型计算维护前后车载应力,开展热切割残余应力测试试验,并通过数值模拟分析热切割弧形切口切向残余应力分布规律,基于钢材的本构模型对车载应力与热切割残余应力进行耦合,结合实测交通数据、采用线疲劳累计损伤理论计算了考虑热切割残余应力影响的弧形切口疲劳寿命,并对比分析了不同维护方案的效果。结果表明:采用热切割改进弧形切口后可明显改善应力集中问题,车辆荷载作用下的压应力峰值降低50%;但改进弧形切口会产生高水平的残余应力,显著影响其疲劳性能,疲劳寿命仅为67.75年,低于桥梁设计使用寿命;在改进切口上粘贴钢板进行冷维护,可进一步减小弧形切口的车载应力峰值,双面粘贴10mm钢板应力峰值降低79%,并显著增加其疲劳寿命;当采用相同厚度的补强钢板时,单面粘贴的疲劳维护效果优于双面粘贴。本文提出的热维护+冷维护方案可以降低热切割残余应力的影响,获得更优的疲劳维护效果,为钢桥面板弧形切口疲劳维护提供了新的技术选择。

降噪减振橡胶伸缩装置施工工艺研究

当桥梁伸缩缝损坏后,伸缩缝连接处会发生倾斜和路面破损,导致车辆经过时发生跳车、噪音等现象,令车上人员感到不适,甚至诱发安全事故.伸缩缝损坏给道路桥梁的正常运行造成负面影响,选择合适伸缩缝是延长伸缩缝寿命的主要方法之一.以林海公路(外环立交—上南路)改建工程为研究载体,选用某新型桥梁降噪减振橡胶伸缩装置并试验其施工工艺,包括切削、安装、焊缝、混凝土施工、养护等工序,以期达到延长伸缩缝服役寿命,降低车辆通行噪音,避免桥头跳车现象.

跨江大桥桥面沥青施工技术研究

本研究阐述了南京长江第五大桥的施工概况和跨江大桥桥面沥青施工技术的具体过程。介绍了工程的总体情况,包括设计、施工等方面的详细信息,并详细讲解了跨江大桥桥面沥青施工的质量控制要点,包括主桥桥面防水层、下面层和上面层的施工过程及其质量控制方法,以期为后续类似工程提供参考。

正交异性钢桥面板焊接施工问题探讨

为了解正交异性钢桥面板、横纵梁与相邻钢桥面板焊接、栓接施工工序对结构受力的影响程度,以某跨江大桥为例,开展不同栓焊施工工序实桥试验,并通过ANSYS软件构建桥梁节段有限元模型,对栓焊过程中结构受力情况展开模拟。结果表明,在综合考虑结构受力稳定及施工工期要求的情况下,应按照设计值的50%进行高强螺栓初拧,此后依次展开打底焊、高强螺栓终拧及埋弧焊等工序,以取得较好的焊接施工效果。

钢-UHPC组合桥面板构造参数研究

以某高速公路跨航道大桥为背景工程,着眼于钢-UHPC组合桥面板参与第一体系受力的关键参数,采用有限元分析软件ANSYS建立全断面节段模型,重点对比钢板和UHPC板厚度的影响、不同加劲肋形式的影响、不同加劲肋间距的影响和箱室中部不同剪力钉间距的影响,为组合桥面板设计优化提供方向。

大跨闭口钢箱组合梁组合桥面板有效宽度研究

为研究大跨度闭口组合钢箱梁组合桥面板的有效宽度系数变化规律,依托G1503高速公路跨吴淞江大桥建立了组合连续钢箱梁桥有限元模型,分析了不同桥梁跨度、不同箱室宽度下的跨中截面和中支点截面有效宽度系数变化规律,对比了钢桥面板和混凝土桥面板有效宽度的差异,给出了混凝土桥面板有效宽度系数建议取值。结果表明,组合桥面板的钢桥面板和混凝土桥面板横断面应力分布规律相似。钢桥面板的有效宽度与规范规定基本相等,跨中断面小约0.41%,支点断面小约4.13%;混凝土桥面板的有效宽度与规范规定差异较大,跨中断面小约3.25%,支点断面小约27.9%。组合桥面板的钢桥面板有效宽度比混凝土桥面板有效宽度大,跨中断面相差0.51%,支点断面相差5.9%,混凝土桥面板有效宽度系数可参考钢桥面板有效宽度系数折减0.9倍取值。

正交异性组合桥面构造优化

正交异性组合桥面由于其较好的抗疲劳性能和静力承载能力、相对较轻的自重近年来在实际工程中得到较多应用。正交异性组合桥面通常由正交异性钢板和混凝土层组成,在加入混凝土层后结构刚度发生较大变化,若正交异性板仍采用传统正交异性钢桥面的构造形式将会造成不必要的钢材用量和焊接量增加。采用遗传算法,以单位面积造价最小为目标,结合现有规范考虑了构造约束和承载能力约束两类约束条件,采用两种应力控制方案,对不同桥面板跨度和混凝土厚度的正交异性组合桥面的构造进行优化。同时解决了构造改变导致荷载分配改变对承载能力分析造成的影响。优化结果表明,桥面跨度4.5m时,与未优化组合桥面相比,优化方案用钢量可降低1.7%~10.1%,焊接量可降低16.5%~31.8%。

一种改进型单元式多向变位梳齿板桥梁伸缩装置的设计思路

单元式多向变位梳齿板桥梁伸缩装置,因具有卓越的多向变位能力,被广泛应用在大跨径桥梁伸缩缝中。然而,该类型伸缩装置在后期使用中,逐渐暴露出难以更换易损件和养护效率低等问题。本文从解决上述问题的角度出发,探索对关键部位进行改进的可能,进而提出一种改进型装置的思路,希望可以为该类型伸缩装置的改进抛砖引玉。