预应力UHPC槽形节段与整体式混凝土板组合梁受剪性能

将预制的UHPC槽形节段通过干缝连接和预应力张拉形成槽形梁,再与整体现浇的混凝土板组合成的组合梁,称为预应力UHPC槽形节段与整体式混凝土板组合梁(PUCS-MCS组合梁)。它是一种能充分发挥不同材料的性能、施工方便且整体性能好的新型桥梁结构。为探究其抗剪性能,开展了9根模型梁的试验。分析了接缝数、接缝处剪力键数、剪跨比、UHPC钢纤维体积率、配箍率和纵筋率等参数对试件变形、破坏模式、抗剪承载力的影响;基于试验研究结果,提出了PUCS-MCS组合梁抗剪承载力计算方法。结果表明:PUCS-MCS组合梁均为剪压破坏,所有梁在开裂前的荷载-挠度曲线差异不大,在开裂后刚度不断下降;PUCS-MCS组合梁的抗剪承载力随接缝处剪力键数、UHPC钢纤维掺量、配箍率和纵筋率的增大而增大,随干接缝数量增加和剪跨比的增大而减小,其中影响最显著的是干接缝和剪力键,影响最小的是钢纤维掺量和配箍率,因此PUCS-MCS组合梁可不配箍筋,并可采用较低钢纤维掺量的UHPC。

UHPC直拉试验方法与本构关系研究

超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)单轴拉伸(直拉)试验是分析UHPC抗拉性能和直拉本构关系的基础性试验,经过对其试件形状与尺寸的优化,试验成功率已得到了较大提升。但由于试件连接方式和局部加强方式的差异,各机构试验成功率参差不齐。为进一步保证直拉试验成功率,采用试验研究和数值模拟的方法系统分析了常见的四种试件连接方式和三种试件局部加强方式对试验成功率的影响,比选出最优试验方法。结果表明:面内夹持装置具有连接可靠、操作简单的优点,适合推广。但夹具的尺寸加工误差或微变形可能导致其与试件的接触面变窄、加剧夹持引发的试件应力集中,致使主裂纹位于测距范围之外;试件与夹具的接触区域进行柔性加强(粘贴碳纤维布)和刚性加强(粘贴铝片)均能有效解决上述问题,提高试验成功率。此外,采用比选的直拉试验方法,探究了钢纤维长径比和体积率对UHPC直拉损伤本构关系的影响。通过声发射(Acoustic emission, AE)监测探究了UHPC在直拉荷载作用下的损伤演化规律,利用声发射参数(累积计数比)构建损伤因子,得到了考虑钢纤维影响的UHPC直拉损伤本构关系。

30 m预应力UHPC箱梁抗弯性能试验及结构优化研究

为了解大尺寸预应力UHPC箱梁的抗弯性能,以预应力UHPC公路桥——河北石磁跨线桥为背景,设计、制作1片长30 m的足尺预应力UHPC箱梁模型进行四点弯曲试验,结合有限元计算结果,分析试验现象及裂缝分布、跨中荷载~位移曲线、受拉区UHPC及筋材应力~应变曲线。在此基础上分别考虑普通钢筋配筋情况、预应力筋数、腹板厚度和底板厚度等参数对预应力UHPC箱梁进行结构优化设计研究。结果表明:箱梁破坏时受压区UHPC未压溃、受拉区钢纤维被拔出,裂缝贯通底板;根据荷载~位移曲线,箱梁受力可分为弹性阶段、裂缝发展阶段、裂缝快速发展阶段和破坏阶段;根据应力~应变曲线,受拉区UHPC在纵筋屈服时仍能贡献抗拉能力;试验现象及力学指标实测值均说明了预应力UHPC箱梁抗弯能力还有很大富裕空间,可进一步优化。完全不配置普通钢筋的预应力UHPC箱梁仍能满足抗弯承载能力极限状态设计要求;底部预应力筋数增多可有效提高受压区UHPC的抗压强度利用率;腹板厚度过薄会造成腹板主拉应力过大问题,不宜薄于8 cm;采用体外预应力的方法可有效减薄底板所需厚度。

超高性能混凝土研究综述

介绍了超高性能混凝土(UHPC)的提出与世界各国的研究概况、UHPC的基本制备原理与技术指标;对UHPC材料制备技术、超高性能机理、材料性能、工程应用研究进展进行了综述,提出了基体材料组成、凝结硬化过程与细观结构,纤维增强增韧机理细观力学分析,组成设计与制备技术,材性测试方法与指标体系,基于工程应用的研究与创新性应用研究,经济性和标准与规范等方面的研究方向。结果表明:UHPC在理论研究与工程应用方面都取得了可喜的进展,随着环保、可持续发展日益受到重视,UHPC具有极好的发展前景。

我国钢管混凝土拱桥应用现状与展望

共收集到截止2015年1月的已建和在建的钢管混凝土拱桥413座(跨径不小于50m)。统计分析表明,钢管混凝土拱桥在我国修建的数量不断增多、跨径不断增大。从行业分布来看,在公路、城市桥梁中的应用仍是主体,在铁路尤其是高速铁路中的应用不断增多。在结构体系方面,上承式、中承式、拱梁组合式、飞鸟式和下承式刚架系杆拱5大类,仍为主要应用的桥型,占总数的85%。在截面形式方面,以圆钢管混凝土为基本单元组成的单圆管、哑铃形和桁式是应用的主流。提篮拱被应用于各种桥型,尤其是大跨度铁路桥。无风撑拱主要应用于120m跨径以下的桥梁,且以斜靠拱和拱梁组合桥为主,截面多采用横向刚度较大的形式。拱肋的材料强度不断地提高,钢管以Q345钢为主,混凝土以C40、C50为主。虽然对桥面系强健性的重视在不断提高,然而强健性好的整体式和具有加劲纵梁的悬吊桥面系的应用还不够普及。钢管拱的架设方法仍以支架法、悬臂法和转体法3种为主,其中悬臂拼装法应用最多,适用跨径最大范围也最广。

钢管混凝土偏心受压应力-应变关系模型研究

提出钢管混凝土偏心受压应力-应变关系的纤维单元模型。钢管采用一维四段直线的应力-应变关系,混凝土采用以一维形式表达、考虑钢管与混凝土相互作用的应力-应变关系。提出了偏心受压的钢管混凝土考虑钢管径向应力梯度对紧箍作用影响的核心混凝土的应力-应变关系模型。最后应用提出的钢管混凝土偏心受压应力-应变关系,对钢管混凝土偏心受压柱和钢管混凝土拱面内受力全过程进行了计算分析。

超高性能混凝土应用进展

针对超高性能混凝土(UHPC)近年来成为土木工程领域研究热点的情况,首先统计分析了中国国家自然科学基金资助超高性能混凝土研究项目的数量,介绍了国际上主要的UHPC学术会议,然后综述了各国UHPC实际工程应用进展和标准制定进展,最后对UHPC最低抗压强度、定义、工程应用和标准制定进行了讨论。结果表明:中国UHPC研究的广度、深度与系统性不断增强,已成为国际UHPC研究的重要力量,当前和未来一段时间内,UHPC实际工程应用将主要集中在亚洲国家;作为实际工程应用重要基础的UHPC标准(含规程、规范和指南)在不断的制订与更新之中,中国有关UHPC地方、协会与团体标准的制定呈井喷式现象,其中中国依托亚洲混凝土联合会,正在编制的亚洲UHPC材料和结构设计指南将成为第1个有关UHPC的国际团体标准;目前仍无法设计一个全球均可接受的UHPC强度最低要求和UHPC定义;为取得更好的经济效益和推广应用,建议中国的UHPC抗压强度最低要求定在120～130 MPa之间;中国在UHPC研究与应用方面具有广阔前景。

钢管混凝土拱(单圆管)面内受力双重非线性有限元分析

提出钢管混凝土应力 应变关系采用纤维单元模型的钢管混凝土拱(单圆管)面内受力双重非线性有限元分析方法。对模型拱进行的分析表明,本文提出的方法能较好地反映钢管混凝土拱受力全过程的非线性性能。分析还表明,钢管混凝土拱的受力应考虑双重非线性问题,其中材料非线性的影响要大于几何非线性的影响。

钢管混凝土拱桥强健性设计

为解决中、下承式钢管混凝土拱桥桥面系强健性不足的问题,从概念设计和结构设计的角度提出强健性设计的要点。总结结构强健性的概念及其在桥梁工程中的应用,按严重程度将拱桥断索事故分为三级,据此提出吊杆不破断、桥面系在吊杆破断时不落梁的强健性设计要求。基于强健性将不同结构的桥面系分为五类,在此基础上对桥梁主结构的强健性设计提出建议:对于吊杆,应进行强健性设计对应的破坏安全极限状态设计计算;对于第四类桥面系,其加劲纵梁需要具备足够的刚度与承载力;对于刚架系杆拱,应加强系杆的强健性设计,并应使下部结构具有足够的抗水平推力的安全储备。

桥梁转体施工方法在我国的应用与发展

简要介绍桥梁转体施工方法的发展历史和该方法在我国的应用与发展概况 ,阐述转体施工法关键技术问题 。

钢管混凝土哑铃形短柱轴压试验研究

进行了10根钢管混凝土哑铃形轴压短柱的试验。试验参数为两管间距、腹板间距以及腹板有无拉杆加劲。分析了构件的破坏机理、荷载-位移曲线、圆管与钢腹板的荷载-应变曲线和荷载-组合材料泊松比曲线。分析结果表明,在哑铃形轴压构件中的圆钢管混凝土与单圆管钢管混凝土的受力性能基本相同,腹腔内的混凝土有受到约束作用,钢腹板与圆钢管交接处的焊缝开裂是构件最后破坏的主要特征。在试验分析的基础上,提出了钢管混凝土哑铃形轴压短柱承载力的简化计算方法。

钢管混凝土偏心受压应力—应变试验研究

试验共对18根钢管混凝土偏心受压短柱进行了测试。试验参数包括偏心率和截面参数(含钢率和混凝土强度)。介绍了试件的内容、试验装置与方法,并重点进行了偏心率对钢管混凝土偏压构件受力性能影响的分析。分析结果表明,偏心率大,相同的纵向应变所对应的钢管环向应变小,紧箍力对提高混凝土强度的作用也随之削弱,构件的承载力也明显降低,达到极限承载力时钢管受压边缘的应变值也相应要大。但偏心率对构件的延性系数影响不大。

钢管混凝土哑铃型梁受弯试验研究

进行了钢管混凝土哑铃型梁的试验与分析。哑铃型截面包含腹腔内填有混凝土的传统形式和腹腔内不填混凝土的新型截面。试验结果表明,钢管混凝土哑铃型梁具有良好的弹塑性和延性,构件挠度达跨径的1/20时仍能继续承载。腹腔内的混凝土对腹板的受力性能有一定的影响,但对梁的总体受力性能影响不大。

钢管混凝土哑铃形偏压构件试验研究

进行了8 根钢管混凝土哑铃形短柱的偏压试验。试验参数为偏心率。试验结果表明,钢管混凝土哑铃形偏压短柱受力性能与单圆钢管混凝土偏压柱的有相似之处。对极限承载力的计算表明,现有的折算面积法偏于保守而格构式算法又偏于不安全。提出的修正的格构式算法与试验结果吻合良好且偏于安全,可供工程应用参考。

中国钢拱桥发展现状调查与分析

该文简要回顾了中国钢拱桥的发展历程,收集了大量中国已建和在建的钢拱桥的基本资料,对其数量、跨径、结构形式、主拱构造、施工方法等方面进行分析与总结,并将其与混凝土拱桥、钢管混凝土拱桥进行对比。分析结果表明:2000年以来中国钢拱桥发展很快,数量迅速增加,且以大跨径为主。从总体数量来看,跨径在200 m以下的建得最多,但与钢管混凝土拱桥和钢筋混凝土拱桥相比,跨径350 m以上有较强的竞争力。结构方面基本上为无铰拱,中下承式达80%以上。矢跨比以1/4～1/5最多,拱肋以箱形为主,桁肋为辅,桁肋的杆件也以箱形截面为主,没有型钢或钢管杆件。施工方法以悬臂和支架法为主,也发展了其他的施工方法。

钢管混凝土拱桥的挠度限值研究

为了分析挠度限值是否能控制钢管混凝土拱桥结构的振动,在对桥梁活载挠度限值研究进行回顾的基础上,以3座不同结构形式的钢管混凝土拱桥为典型算例,分别采用挠度限值和动力参数限值对钢管混凝土拱桥的行车舒适性进行了分析。分析结果表明:挠度限值并不能有效地反映在活载作用下的实际振动和振感;建议在钢管混凝土拱桥的设计中,采用振动参数控制法取代活载挠度限值法来评价和控制钢管混凝土拱桥的行车舒适性。

中国第一座超高性能混凝土(UHPC)拱桥的设计与施工

超高性能混凝土(UHPC)具有超高的抗压强度,极适合于在以受压为主的拱结构中应用。该文介绍了中国第一座超高性能混凝土拱桥的设计与施工,该桥跨径10m,拱肋厚度仅10cm,充分显示了超高性能混凝土在拱桥中应用的潜力。

钢管混凝土(单圆管)单肋拱空间受力试验研究

进行了钢管混凝土(单圆管)单肋拱空间受力全过程的试验研究。研究表明,在面内和面外荷载共同作用下,面内的受力性能对初始缺陷的敏感性要大于面外受力;面外变形是钢管混凝土单肋拱极限承载能力的主要控制因素;与面内受力相反,空间受力时,几何非线性成为钢管混凝土拱的非线性性能与极限承载力的主要影响因素,材料非线性降为次要的影响因素。对应用通用程序进行钢管混凝土拱空间受力双重非线性有限元分析进行了探讨。

钢管混凝土哑铃型短柱极限承载力的等效单圆管算法

哑铃型截面是钢管混凝土拱肋常用的截面形式。本文根据钢管混凝土哑铃型柱轴压与偏压试验,提出了将哑铃型截面等效成单圆管钢管混凝土截面,然后应用钢管混凝土结构设计规程进行极限承载力计算的等效单圆管法。对试件的计算表明,计算值与实验值吻合良好。这个方法概念清晰、计算简单,可供工程应用参考。

327座钢管混凝土拱桥的统计分析

截至2010年6月,共收集整理了327座跨径不小于50 m的钢管混凝土拱桥资料。统计分析了其建设趋势、行业分布、区域分布等总体状况和跨径范围、施工方法等技术指标以及矢跨比、拱轴线形、拱肋截面、横撑等结构参数。可为钢管混凝土拱桥的研究者提供应用参考。