UHPC两键齿胶接缝抗剪性能试验及有限元分析

超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)节段预制拼装梁接缝位置钢筋及钢纤维不连续,使得接缝截面的抗剪性能与连续截面有显著差异,影响桥梁整体受力性能。为研究直剪作用下UHPC键齿接缝的抗剪性能,本文对4个UHPC两键齿接缝试件进行了双面直剪试验,研究侧向应力(5~10 MPa)、接缝类型(干、胶接缝)对UHPC键齿接缝抗剪性能的影响。试验结果表明:UHPC键齿胶接缝的极限抗剪承载力随侧向应力的增大而增大,但侧向应力对接缝刚度的提升较小;干接缝由于匹配效果较差,呈现典型的分步剪切破坏模式。采用ABAQUS有限元分析软件建立了数值分析模型,分析结果表明:UHPC键齿胶接缝的抗剪承载力随UHPC强度的增大而增大,相较于抗拉强度,抗压强度对键齿胶接缝极限抗剪承载力的提升更为明显;键齿构造对键齿胶接缝极限抗剪承载力的影响较小,当键齿间高比和深高比均为0.5时键齿胶接缝的极限抗剪承载力最优。

节段预制拼装混凝土盖梁胶接缝抗剪性能试验

针对采用键齿胶接缝构造的节段预制拼装混凝土盖梁拼接缝抗剪性能研究较为缺乏的现状,设计制作了3组共7个足尺胶接缝键齿试件,考虑键齿倾角、键齿深度和侧向压应力3种影响因素,进行直剪试验研究。试验结果表明:键齿胶接缝在直剪荷载作用下的破坏模式均为脆性破坏,主裂缝形态受侧向压应力、键齿深度及键齿倾角的耦合影响;增大侧向压应力或键齿深度均能有效提高键齿胶接缝的抗剪承载力,且破坏相对滑移保持为同量级;键齿倾角为30°时,键齿胶接缝的开裂荷载和抗剪承载力最大;当键齿倾角>45°,抗剪承载力有明显下降,故实际工程中键齿倾角不应超过45°。

胶接缝厚度对混凝土预制节段梁受力性能的影响分析

受节段端面表层剥落、接缝胶涂装厚度不均匀、挤胶应力不均匀及节段拼装误差等影响,预制节段梁悬拼过程出现不等厚度的接缝胶,胶接缝厚度对节段梁抗剪刚度、抗剪承载力影响特征尚不明确,对车轮荷载作用下接缝位置处桥面承压刚度的影响亦有待深究。笔者依托某大跨节段预制梁桥,基于有限元软件ABAQUS进行了接缝形式、胶接缝厚度对预制混凝土节段梁受力性能的影响分析。结果表明:节段梁抗剪极限承载力受接缝形式影响显著,湿接缝抗剪承载力明显高于胶接缝;8 mm厚胶接缝最大剪应力比3 mm厚胶接缝增大了大约10%;预制节段梁的抗剪承载力受胶接缝厚度一定影响,但均高于其依托工程的最大剪力作用值。节段梁抗剪刚度受湿接、干接、胶接等接缝形式影响不显著。

节段预制拼装胶接缝抗剪性能试验

为研究混凝土节段预制胶接缝的抗剪性能,考虑接缝形式、环氧树脂胶厚度、剪力键键齿数目进行了胶接缝剪力键足尺直剪试验,分析了试件的破坏形态。根据试件抗剪承载力和竖向相对滑移研究规范化剪应力-竖向相对滑移曲线,比较分析现有胶接缝剪力键抗剪承载力计算公式的误差。结果表明:与平面胶接缝和湿接缝相比,单键齿胶接缝试件的抗剪承载力、规范化剪应力和塑性变形能力均有所提高;单键齿胶接缝试件的环氧树脂胶厚度越大,则单键齿胶接缝试件抗剪承载力越高,规范化剪应力越大,其塑性变形能力越好;双键齿胶接缝试件的抗剪承载力比单键齿胶接缝试件的抗剪承载力高,其塑性变形能力比单键齿胶接缝试件的塑性变形能力好;不宜忽略环氧树脂胶厚度对胶接缝剪力键抗剪承载力的影响。

节段预制拼装箱梁键齿胶接缝受力行为分析

为探究键齿形式、深度、连接方式对节段预制UHPC拼装梁接缝抗剪特性及破坏形式的影响,以某一级公路大桥引桥工程为依托,制作不同类型键齿接缝试件开展荷载实验,分析受力行为及破坏模式,结果表明,键齿形式对接缝承载能力与破坏形式有较大影响;从抗剪能力看,多键齿与大键齿优于单键齿,无键齿与单键齿相当;静力荷载下,单键齿、双键齿、三键齿为接缝滑移破坏,大键齿为键齿剪切破坏;瞬时冲击荷载下,以局部剪切失效破坏为主;胶接缝的承载与抗变形能力显著优于平接缝;键齿深度对接缝的影响较小。

胶拼连续梁吊杆力精度及胶接缝应力控制

铁路胶拼连续梁拼装时吊杆力偏差难以避免,通过数值计算方法,研究郑济铁路(郑州—济南)3×56 m胶拼连续梁吊杆力偏差对拼装线形、胶结缝应力的影响,以及避免应力超限的控制措施。结果表明:综合考虑拼装线形、施工过程胶结缝应力及成桥运营阶段结构受力,应按照1%的精度控制吊杆力;利用压力环对胶拼节段预先称重再拼装的控制方案,可精确控制吊杆力,控制精度为±0.5%;通过减小一次悬拼节段长度可提高结构对吊杆力的容许偏差能力;设计时采用长悬臂吊拼、施工时吊杆力偏差过大使得胶结缝应力对吊杆力敏感性过高,这是导致胶拼梁施工过程产生裂缝,甚至运营后漏水问题的重要原因。

节段预制桥梁胶接缝剪切性能试验研究

接缝是预制节段桥梁的重要部位,也是薄弱环节,为了研究节段式预应力桥梁胶接缝在直剪状态下力学性能,采用剪力键齿深、齿距作为影响因素进行了节段式胶接缝体外预应力混凝土桥梁剪力键抗剪试验,通过对加载后发生的竖向位移和破坏荷载进行对比来分析上述两个因素对胶接缝抗剪承载能力的影响。结果表明:各试件的竖向变形主要分为线性变形和错动滑移两个阶段,变形曲线相近;剪力键直剪承载力与直剪破坏面面积成正比关系,与齿深、齿距无直接关联;试件开裂后不久即达到破坏荷载,且无明显稳定的屈服段,属于脆性破坏。

节段梁环氧树脂胶接缝抗拉强度的试验研究

由于我国铁路规范中并未提供环氧树脂胶与混凝土的黏结抗拉强度,预制节段拼装梁桥在设计时通常不考虑环氧树脂胶的抗拉贡献,仅作为抗裂性能的安全储备。本文专门设计了单纯轴向抗拉受力的模型试件,试验研究环氧树脂胶接缝的抗拉极限强度。通过多种工况的静力加载试验,得到了混凝土节段间环氧树脂胶接缝的抗拉极限强度,试验研究结果可为后续胶接缝节段拼装梁的设计和施工提供一定参考。

胶接缝连接的节段拼装桥墩抗震分析模型

采用胶接缝连接的节段拼装预应力混凝土桥墩在地震荷载作用下会在接缝区域张开,出现不连续的现象.采用常规纤维模型分析方法对这一现象进行了有限元分析.计算结果与试验结果的对比表明,建议的用素混凝土短柱模拟胶接缝的方法,可以比较准确地预测低周反复荷载作用下采用胶接缝连接的节段拼装预应力混凝土桥墩的滞回特征.

节段预制胶拼构件胶接缝厚度研究

拼接胶是节段预制拼装桥梁的重要建筑材料,胶接缝厚度对桥梁受力性能和耐久性能有重要影响。本文设计了胶接缝厚度试验构件,从11个构件中取样实测并统计分析了胶接缝厚度。结果表明:胶缝厚度基本服从正态分布,拟合得出胶接缝厚度均值为0. 48 mm,标准差为0. 23 mm。分析了预制节段端面表层剥落、挤胶应力不均匀及节段拼装误差对胶接缝厚度的影响,探讨了胶接缝厚度对节段混凝土受力状态的影响,即过厚的胶层将引起拼装桥梁整体刚度降低及预应力损失增大。

铁路胶接缝节段拼装简支箱梁的设计实践与展望

胶接缝节段预制拼装桥梁具有施工质量高、工期短、环保性好,对周边环境、交通条件适应性好的特点,具有广阔的发展应用前景。黄韩侯铁路芝水沟特大桥是我国铁路胶接缝节段拼装桥梁的试点工程,设计中通过大量试验研究提出铁路节段预制胶接拼装桥梁的设计方法和计算公式,构建梁体预应力和剪力键合理构造体系,研发胶接缝节段拼装桥梁的耐久性综合防护体系,解决节段拼装桥梁的关键技术问题。在国家大力推行装配式建筑和绿色交通的环境下,后续需要加强系统性研究,形成设计施工规范,为推动我国铁路桥梁建造技术科技进步作出积极贡献。

不均匀正应力下节段预制桥梁胶接缝的抗剪性能

节段预制拼装桥梁节段间接缝位置的正应力对抗剪性能具有重要影响,但现有研究大多假设正应力沿高度方向均匀分布,这与实际状态不符。本文对节段预制拼装桥梁接缝的受力与变形开展试验研究并进行有限元模拟,结果显示有限元计算所得极限承载力、荷载-相对滑移曲线、裂缝开展情况均与试验结果吻合良好。在控制总水平力大小相等的情况下,采用校验的有限元模型进一步研究不均匀正应力对节段预制桥梁胶接缝抗剪性能的影响。结果表明:在竖向荷载较小时,正应力较小的位置主拉应力较大并首先出现裂缝;随着荷载的增加,不同试件主拉应力的大小、分布形态逐渐趋于一致;裂缝出现以后,试件上的应力会发生重分布,因此在保持总水平力不变的情况下,不均匀正应力对试件的极限承载力影响不大。

胶接缝节段预制拼装桥梁的抗裂性计算

目前在胶接缝节段预制拼装桥梁设计中关于抗裂性的计算,偏安全的计算方法是不考虑混凝土抗拉强度,导致了胶接缝节段预制拼装桥梁预应力度偏高。本文结合试验结果提出了抗裂性计算公式,并对《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB 10002.3—1985)(以下简称85版桥规)的适用性进行了验证,为胶接缝节段拼装桥梁抗裂性计算提供参考依据。胶接缝节段拼装桥梁抗裂性与节段端面处理方法和清理干净程度有关,在节段拼装桥梁的施工中需重视节段端面的清理质量。在节段端面清理较好的情况下可以考虑环氧胶层与混凝土粘结抗拉强度对抗裂性的贡献,采用85版桥规的计算方法是安全可靠的,能够有效降低预应力度,节省材料。

铁路胶接缝节段拼装箱梁预应力孔道密闭性能试验研究

目前国内对于节段预制胶接缝拼装桥梁尚处于研究阶段,缺乏相应的设计施工经验,更无规范可循。黄韩侯铁路芝水沟特大桥采用多孔跨径48 m和64 m的节段预制胶接缝拼装简支箱梁,为保证箱梁孔道的密闭性和箱梁耐久性,进行了预应力孔道成孔方式和接缝密封形式试验,依据不同的孔道成孔和密封方式组合试验结果,最终提出了可行的密闭方案,为今后节段预制胶接缝拼装桥梁孔道密闭措施的设计和施工提供了参考依据。

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。

UHPC键齿胶接缝直剪性能试验研究

针对目前UHPC键齿胶接缝抗剪性能试验研究仍较为匮乏的现状,文章开展17个UHPC单键齿及多键齿胶接缝试件的直剪试验,主要试验参数包括钢纤维掺量(1%~3%)、键齿深度(40~60mm)及侧向预应力(4~13MPa)等,并研究分析以上参数对UHPC键齿胶接缝直剪性能的影响。直剪试验结果发现,UHPC单键齿胶接缝均表现为阳键齿根部剪断的剪切破坏且侧向压应力对剪切主裂缝角度存在一定影响,而多键齿胶接缝的剪切破坏则主要存在同步和分步剪切破坏两种模式;在侧向应力为4~10MPa时,UHPC单键齿胶接缝的抗剪强度为19.05~33.04MPa,而多键齿接缝的抗剪强度为17.14~22.42MPa;键齿胶接缝的抗剪强度均随UHPC钢纤维掺量的增加而增大,且钢纤维掺量从1%到2%时抗剪承载力提升效果更为明显。此外,基于试验数据提出UHPC多键齿胶接缝的抗剪折减系数及抗剪承载力计算公式;结果表明,UHPC多键齿胶接缝的抗剪折减系数试验平均值为0.85。

轻轨高架桥胶接缝节段式体外预应力箱梁的构造与受力

胶接缝节段式全体外预应力箱梁具有建设质量能够保证、施工速度快、对周边环境影响小的优点,较好地满足了现代化桥梁的建设发展需要。为了研究其在城市轻轨高架桥中的可行性,以一胶接缝节段式全体外预应力混凝土箱形连续梁为研究对象,提出了节段划分、剪力键、预应力钢束布置等构造要点。按照铁路规范及相关设计指南,采用有限元软件进行分析,计算结果表明,截面应力、挠度及承载力验算均满足规范及指南的要求。这种桥梁形式值得在城市轻轨高架桥中推广。

预制节段拼装预应力混凝土箱梁胶接缝抗剪性能研究

由于节段间接缝的影响,导致预制节段预应力混凝土箱梁接缝处抗剪机理与连续整跨梁存在较大差异,在计算抗剪承载力时无法直接应用整跨梁抗剪计算公式。首先对节段拼装箱梁接缝处的抗剪机理进行分析,得到影响计算抗剪承载力的关键参数;其次在已有计算公式的基础上,考虑混凝土立方体抗压强度和接缝处键齿数等参数的影响,提出适用于这种抗剪承载力的计算公式;最后将提出的计算公式与试验数据对比,表明该计算公式中的参数物理意义明确,计算精度较高,为预制节段拼装预应力混凝土箱梁结构的设计及应用提供了一定理论基础。

节段预制拼装UHPC胶接缝抗剪性能试验及有限元分析

节段预制拼装超高性能混凝土(UHPC)梁满足快速化、标准化和工厂化的制造工艺,同时具有良好耐久性及结构轻便的特点,在现代桥梁中越来越受到欢迎。但预制拼装UHPC梁接缝处基体分离,属于薄弱环节,影响桥梁整体受力。采用齿键形式、接缝截面正应力作为影响因素,完成了6个节段预制拼装UHPC梁胶接缝的抗剪性能模型试验。使用有限元软件ABAQUS分析了节段预制拼装UHPC梁胶接缝受力行为,分析结果与试验结果吻合良好。结果表明:UHPC单键胶接缝抗剪承载力远高于相同截面尺寸平接胶接缝的抗剪承载力;正应力水平的增加,单键胶接缝及平接胶接缝试件的抗剪承载力均得到提高;达到破坏荷载后接缝的承载力迅速降低,无明显稳定屈服段,属脆性破坏。

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。