简支变结构连续小箱梁桥负弯矩区UHPC-NC组合桥面板抗裂性研究

针对当前简支变结构连续小箱梁桥负弯矩区钢束易堵孔、运营中桥面开裂病害等问题,提出一种无负弯矩钢束的UHPC-NC组合桥面板结构。以一座3×30 m简支变结构连续小箱梁桥为研究对象,以正常使用极限状态梁体不开裂为控制准则确定UHPC合理构造尺寸,对所提出的负弯矩组合桥面板结构进行1∶2的缩尺模型试验。试验显示:裂缝首先出现于UHPC-NC交界面处的普通混凝土部分,随后逐渐向UHPC层沿伸,且C50混凝土开裂、梁体破坏对应的截面弯矩分别为3 520,9 152 kN·m(考虑1∶8弯矩缩尺比),大于正常使用极限状态、承载能力极限状态梁体截面弯矩3 300,5 838 kN·m,即该组合桥面板结构满足小箱梁的抗裂与承载能力要求。基于试验结果建立精细化有限元模型,采用参数分析法研究UHPC厚度对梁体开裂荷载、极限承载力等方面的影响。结果表明:梁体开裂弯矩主要由UHPC上覆层厚度决定,相较于普通钢筋混凝土梁,5 cm厚的UHPC上覆层可将梁体开裂弯矩提高28.9%,7.5 cm厚的UHPC上覆层可将梁体开裂弯矩提高41.6%;在配筋率不变的情况下,增大UHPC层厚度对梁体承载力无显著提升。综合考虑梁体受力性能以及施工便利性,建议背景工程UHPC厚度取10 cm。

富油型高黏高弹桥面铺装过渡层材料服役性能研究

针对混凝土桥面板铺装工程对铺装层材料的性能需求,提出富油型高黏高弹桥面铺装过渡层材料,开发出60℃黏度>70万Pa·s的过渡层材料专用高黏高弹改性沥青,研究了不同油石比、不同级配、不同厚度的过渡层材料与组合结构的服役性能规律.结果表明:富油型高黏高弹过渡层材料具备优异的高温、低温,以及水稳定性能,在组合结构的形式中与混凝土桥面板的25℃的剪切强度、拉拔强度分别达到0.98、0.71 MPa.动态荷载下,随着油石比与厚度的提高,组合结构试件的初始裂纹出现、裂缝扩展速度降低,起到阻止裂缝传递与反射的作用,在0.2应力水平下铺装层组合结构疲劳寿命可达到10万次.超薄组合铺装结构服役性能优异,可有效防止铺装层出现推移、拥包、开裂等桥面病害.

基于有限元分析的简支梁桥桥面防水粘结层力学响应研究

防水粘结层被破坏是导致简支梁桥桥面铺装出现病害的主要原因。通过数值模拟对不同简支梁桥桥型进行防水粘结层力学响应分析,明确防水粘结层在不同桥型结构中的受力状态,总结沥青铺装层模量和厚度对防水粘结层力学响应指标的影响。研究结果表明,简支梁桥桥型对防水粘结层力学响应的影响不大;增加沥青铺装层模量对控制防水粘结层最大拉应力和沥青铺装层变形能起到较好的作用;增加沥青铺装层厚度能有效控制防水粘结层法向拉应力和分散车轮荷载。研究结果能够为桥面铺装的结构设计提供理论基础,提高简支梁桥的服役寿命。

钢桥面SMA+UHPC铺装层应力有限元分析

文中依托于某钢桥,基于正交异性板+铺装层复合模型进行最不利荷载位置分析,通过分析铺装层横向应力、纵向应力、层间剪切力确定荷载作用横向和纵向最不利位置,比较双层沥青玛蹄脂碎石混合料(SMA)铺装结构和沥青玛蹄脂碎石混合料+超高性能混凝土(UHPC)铺装结构沿横向、纵向、竖向的应力分布,分析UHPC层厚度对铺装层应力的影响。结果表明,铺装层最不利荷载作用位置为荷载中心位于U肋和顶板交界处上方和横隔板跨中;SMA+UHPC铺装层结构能显著减小SMA层的最大拉应力,延缓SMA层开裂;UHPC层厚度增加对减小SMA层最大横向应力效果明显,而对最大纵向拉应力影响较弱。

钢桥面沥青铺装车辙研究

钢桥面沥青铺装层车辙病害问题日益凸显,已不容忽视。综合近年来钢桥面沥青铺装车辙的研究现状与发展趋势,针对钢桥面沥青铺装层车辙类型与形成机理、车辙预估研究及车辙主要影响因素进行了详细剖析与总结,结果表明:较之于沥青路面,钢桥面沥青铺装层车辙主要为材料抗剪切能力不足引起的流动性车辙,不同铺装材料的车辙形成机理不同;在车辙预估研究方面,以Bailey-Norton与修正Burgers蠕变模型表征高温下铺装材料非线性行为的有限单元法已取得了一定的成果,但仍有诸多需改进之处;国内已形成了以“上层环氧+下层浇注”和“上层SMA+下层浇注”为主流的优良抗车辙性能铺装结构,影响铺装层车辙发展的最主要因素有铺装材料性能、铺装层结构、温度、车辆荷载及施工质量,因此优化铺装材料与结构设计、严控重超载车辆及改善施工工艺质量应为今后延缓铺装层车辙发展的重要措施。研究结果可为钢桥面铺装层的抗车辙设计与后期维养工作提供参考依据。

间苯型不饱和聚酯树脂改性沥青桥面铺装研究

为提高桥面铺装层的抗裂性,同时减少坑槽等水损害病害的发生,本文开发了一种不饱和聚酯树脂(以下英文简称UP)改性沥青桥面铺装材料,并对其配比和性能进行研究。通过粘度、动态剪切流变(DSR)和拉伸试验确定最佳UP改性沥青材料配比,对改性沥青流变性能和拉伸性能进行测试,并对UP改性沥青桥面铺装材料进行路用性能对比评估。研究结果表明,UP改性沥青具有良好的高温流变性,明显优于SBS改性沥青,且UP改性沥青与环氧改性沥青相比,具有更好的柔韧性,且价格便宜,其成本仅为环氧沥青的57%。此外,经测试,UP改性沥青桥面铺装材料的抗拉性能、高温稳定性也明显优于SBS改性沥青混合料,且与环氧沥青混合料相比,具有更好的低温抗裂性与水稳定性。

猎德大桥钢桥面铺装维修方案研究与工程实施

首先,分析了猎德大桥钢桥面铺装的病害特点。结合猎德大桥钢桥面铺装层的现状,在考虑施工时间和交通通行的情况下,开展了猎德大桥钢桥面铺装维修方案的研究。确定了保留RA05层,翻新SMA10的维修方案,同时,对猎德大桥铺装层材料进行比选,确定选用PG-100高黏改性沥青SMA10作为铺装上层,选用PG-82改性沥青作为粘结层。其次,介绍了PG-100高黏改性沥青SMA10铺装维修方案的内容和施工要点。最后,对新铺的桥面状况持续观察一年,检测结果都达到了预期目标。猎德大桥钢桥面铺装维修方案为类似工程提供了参考。

连续钢梁SFRC组合桥面板的优化设计

为探究中大跨径连续钢梁钢纤维混凝土(SFRC)组合桥面板优化设计方法,研究结合SFRC组合板偏拉试验与数值模拟所得SFRC受拉开裂特性,依据现有连续钢梁构造特点,采用SFRC代替原设计中C50混凝土铺装,通过Abaqus建立SFRC组合桥面板钢箱梁节段模型进行参数分析,考察了SFRC板厚、钢顶板厚、配筋率对主梁抗弯刚度、钢结构应力影响的特点。在此基础上以主梁弹性抗弯刚度和关键截面应力为约束条件,以上部结构自重与材料成本为优化目标,对中跨50 m和80 m连续钢梁进行优化。最后依据变量优化结果,采用Midas建立考虑负弯矩区SFRC开裂的杆系模型来验证优化结果的合理性。结果表明:文中引入材料塑性损伤的有限元分析方法具有可靠性,所建立的SFRC裂缝宽度与受拉损伤因子关系可以表征SFRC开裂状态。连续钢梁上80~120 mm厚SFRC层参与受力后使主梁弹性抗弯刚度提升17%~24%,当SFRC裂缝宽度达0.20 mm时,主梁抗弯刚度折减13%~20%;钢顶板应力降低7%~12%,主梁负弯承载力无明显变化。增大顶板厚度与配筋率均可有效改善钢顶板应力。对SFRC层厚、配筋率、钢顶板与顶板加劲肋尺寸进行优化分析,结果表明:相比原设计,优化后的50 m和80 m SFRC组合桥面板连续钢梁用钢量分别降低13%与6%,上部结构自重分别减小12%与6%,材料的成本分别降低14%与9%,该优化设计流程与优化结果可为SFRC组合桥面板在连续钢梁中推广应用提供参考。

美国特拉华纪念大桥UHPC桥面铺装

美国特拉华纪念大桥(Delaware Memorial Bridge,见图1)采用双幅悬索桥横跨位于特拉华州和新泽西州之间的特拉华河,全长1112.5 m,主跨跨径655.32 m。该桥北行桥1951年建成通车,南行桥1968年建成通车,每幅桥通行4车道。北行桥运营年限长,桥面维修频繁,2017-2018年对该桥桥面板状况进行了详细评估,包括取芯检测和多种无损检测。

桥面铺装用环氧黏结剂及其层间性能研究

为了探究环氧树脂黏结剂作用下UHPC/SMA钢桥面铺装体系的层间黏结性能,研究了自研的环氧黏结剂(RS-EVB)的作用机理及其材料性能,通过斜剪试验研究了环氧黏结剂作用下UHPC/SMA层间黏结性能及其影响因素。研究结果表明:①环氧黏结剂的工作性能适宜,拉伸性能满足设计要求(拉伸强度≥3.0 MPa和断裂伸长率≥190%),吸水率低、耐酸碱盐等化学介质好,与进口KD-HYP材料性能相当;②环氧黏结剂自身强度优异,层间主要发生界面黏合破坏而不是环氧黏层内聚破坏;③铺装层层间剪切性能随温度的升高而显著降低,受黏结剂用量、养生时间及UHPC表面粗糙度的影响。环氧黏层材料性能和层间黏结性能优异,使用时应提出有针对性、与施工工艺相适应的材料使用说明,指导工程施工以把控施工质量。

基于不同行驶状态下桥面沥青铺装层间力学行为研究

为探究车辆行驶状态(匀速、制动和加速)和层间接触差异对连续箱梁桥沥青铺装结构力学行为的影响规律,分别以接触模型和连续模型表征层间联结特性建立桥面沥青铺装结构仿真模型,以车辆行驶状态下桥面沥青铺装结构力学响应差异进行层间联结模型比选;对比分析车辆行驶状态和层间摩擦系数μ(0.0、0.2、0.4、0.6、0.8)对桥面沥青铺装结构的力学响应影响规律。结果表明,层间联结采用接触模型时所得结构层各响应指标值均大于连续模型,接触模型能更好地反映桥面沥青铺装结构层间真实联结状态。相同层间摩擦系数下,车辆制动和加速行驶状态下的结构层各动态响应指标均大于匀速状态,其中纵向剪应力增涨幅度最明显,为匀速行驶状态下的2倍左右;随着层间摩擦系数的增加,铺装结构黏结层的S 11、S 22、S 33、S 12减小,纵向剪应力S 23增加。车辆在加速或制动过程中会对桥面沥青铺装结构层间黏结产生较大的损伤,因此在桥梁限速区间采取措施适当地提高层间黏结力,有利于减缓沥青铺装层层间滑移破坏。

世界最大规模热拌环氧沥青钢桥面铺装工程完成钢桥面铺装

1月11日,国家重大工程粤港澳大湾区核心交通枢纽——深中通道完成全部钢桥面铺装施工。随着深中通道伶仃洋大桥东泄洪区右幅沥青摊铺结束,深中通道钢桥面铺装圆满完成。深中通道是集“桥、岛、隧、水下互通”于一体的跨海集群工程,全长约24 km,钢桥面铺装总面积达38万m2,是当前世界上最大规模的热拌环氧沥青钢桥面铺装工程。据相关负责人介绍.

刚柔复合桥面铺装层黏结特性研究

为了研究防水黏结材料对桥面铺装混凝土与沥青混合料层间黏结效果的影响,采用直接剪切试验,测试乳化沥青、SBS改性沥青、聚丙烯改性沥青和热固性环氧乳胶4种防水黏结材料对刚柔复合铺装界面抗剪强度的影响。结果表明:无论何种环境及应力条件下,热固性环氧乳胶材料的层间抗剪强度最大,表明热固性环氧乳胶作为混凝土桥面的防水和黏性材料具有显著的性能优势;4种材料的剪切强度在高温、浸水和冻融条件下均有不同程度的下降,高温对聚丙烯改性沥青的抗剪强度影响更大,低温和冻融环境对SBS改性沥青的抗剪强度影响更大。

大型天桥排水低吸热沥青桥面铺装设计研究

基于施工机械小型化、新型沥青材料的发展,施工工艺得到充分改善,沥青混合料施工性能大幅改善,为天桥沥青桥面铺装的发展打下基础。依托某空中连廊工程,充分考虑现有沥青施工工艺的基础上,结合遮热材料、OGFC排水沥青、温拌剂技术等,设计了具有降温、排水、景观美化等特殊功能的沥青桥面铺装。该桥面铺装充分考虑防、排水设计,可保护铺装下方桥梁钢结构。经过工程验证施工可行,耐久性较好,用户体验感得到大幅提升,具有雨天不积水、夏季明显降温的功能。

基于性能综合比选的铺装界面粘结性能研究

本研究借助有限元分析软件计算分析,确定了依托项目防水粘结层材料抗剪强度性能要求。根据以往工程经验选定了水性环氧沥青、二阶环氧树脂及SBS改性沥青三种防水粘结层材料,基于室内试验分别研究三种材料的施工和易性,粘结强度与剪切强度、耐高温性能、低温性能、防水性能等。结合依托工程对各性能的需求分别赋予各指标以相应的权重,经综合比选分析,推荐采用而接环氧树脂作为本项目防水粘结层材料。实体工程应用效果表明,本研究所优选的防水粘结材料性能显著优于原设计方案。本研究成果可为类似项目防水粘结层材料设计提供参考。

高速公路桥梁工程建设的伸缩缝设计分析

探讨了高速公路桥梁工程中伸缩缝设计的关键要素、设计步骤以及施工与维护,以确保伸缩缝在桥梁结构中的可靠性和长期性能,介绍了伸缩缝位置的确定、尺寸计算、材料选择和施工质量控制等关键步骤,强调了伸缩缝施工后的维护工作对桥梁安全的重要性。

基于Multicool软件对超薄铺装压实时间关键影响因素研究

为了更合理地把控超薄铺装沥青路面的压实时间,防止因为温度降低速率过快导致沥青路面压实不充分的问题,研究通过理论模拟的方式明确了超薄铺装压实时间的影响因素,并通过试验段埋设传感器监测温度变化情况,验证了理论模拟的有效性。结果表明:环境温度由15℃增加至40℃时,有效压实时间增长幅度为40.7%;罩面层厚度由15 mm增加至40 mm时,有效压实时间增长幅度为292%;风速由0.5 km/h增加至55 km/h时,有效压实时间降低幅度为40.2%。超薄罩面层有效压实时间影响排序为厚度>气温>风速,通过埋设传感器对施工现场温度进行检测,发现理论模拟分析与现场实测结果保持一致。

再生集料改性方法研究现状分析

为得到工程大规模应用再生集料性价比较高的改性方法,调研了国内外改性再生集料研究文献,对各类改性方法的原理和优缺点进行分析,主要结论:改性方法主要包括砂浆分离改性法以及堵孔改性法两类;砂浆分离改性法主要包括磨耗法、加热法以及酸溶液浸泡法;堵孔改性法主要包括无机纳米浆体裹覆法、有机溶液浸泡法、二氧化碳养护法以及复合胶凝材料裹覆法;现有改性方法无法在公路工程建设中大规模应用的主要原因是性价比不高。

灌注式半柔性桥面铺装的应用

围绕车辙病害治理应用,结合北京市刘家窑桥工程情况,以灌注浆料浆体指标、抗压强度、抗弯强度等为指标,对灌注式半柔性桥面铺装工艺在车辙病害治理中的应用效果进行评价。结果表明,灌注式半柔性桥面具有优异的抑制车辙和拥包及抗坑槽防病害的效果,在抗结构层水损方面,具有长期稳定可靠的表现。

不同条件下钢纤维对桥面铺装混凝土力学性能的影响分析

为了探析桥面铺装混凝土在掺加钢纤维后的抗冻性能改善效果,文中对不同条件下钢纤维对桥面铺装混凝土抗冻性能影响进行分析。通过试验得知,混凝土抗折强度和劈裂抗拉强度在掺加钢纤维后改善效果明显,其中混凝土相对劈裂抗拉强度在进行50次冻融循环条件下随钢纤维掺量从0提升至1%和2%时,其提升幅度分别为48.5%和62.0%,掺加2.0%钢纤维后混凝土相对抗折强度相对素混凝土提升约6倍。