混合梁斜拉桥微膨胀UHPC灌注钢混结合段的时变效应

为明确微膨胀超高性能混凝土(Ultra-High-Performance Concrete,UHPC)灌注材料的收缩徐变对混合梁斜拉桥钢混结合段长期性能的影响,以湖北武穴长江公路大桥为工程背景,开展材性试验与结构反应实测。基于一种全桥杆系+局部空间网格的多尺度有限元建模方法,对不同灌注材料收缩徐变下钢混结合段的时变效应进行分析研究。研究结果表明:实桥所采用的微膨胀UHPC在测试龄期内膨胀应变呈现出先增后减且始终保持膨胀的趋势,在约5 d龄期时达到最大膨胀应变292.6με,至1 080 d时为83.8με;徐变系数在前50 d龄期内增长较快,至1 080 d时为1.63。灌注材料的收缩可在结合段内部产生显著的次应力,表现为内填混凝土的拉应力和钢格室的压应力;徐变则会导致混凝土应力松弛而使一部分恒载压应力向钢结构转移。运营20 a后,钢混结合段内填普通混凝土存在较高的开裂风险。未作收缩控制的普通UHPC虽亦出现拉应力,但未超过其抗拉强度,抗裂安全系数仍可达到1.5以上。而微膨胀UHPC处于受压状态,不存在开裂问题。微膨胀UHPC的应用,既可改善内填混凝土的抗裂性能,又有助于常规钢混结合段的结构优化,大幅减少材料用量和结构自重。

超高性能混凝土预制板现浇湿接缝抗弯性能试验研究

为明确接缝及接缝内纵筋不同构造对超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)预制板现浇湿接缝受弯性能的影响,以接缝设置及接缝内纵向钢筋连接方式为试验参数,对5块UHPC预制板试件的抗弯性能进行试验研究,获得UHPC板全过程的受力变形行为,推导了无缝和带接缝UHPC桥面板抗弯承载力的统一计算公式。研究结果表明:接缝试件的破坏形态均为接缝截面受拉钢筋屈服后受压区UHPC压碎的正截面破坏。与纵筋连续的无缝整浇试件相比,接缝内纵筋采用直筋连续、直筋搭接、水平环形搭接和垂直环形搭接接缝试件的开裂荷载分别减少了54.6%,52.0%,51.0%和54.6%;屈服荷载分别减少了34.4%,35.7%,34.5%和33.3%;峰值荷载分别减少了29.7%,29.6%,34.7%和29.5%;延性分别提高了17.6%,2.9%,8.8%和5.9%。接缝试件的抗裂性能和抗弯性能是由接缝截面的性能所控制。当现浇接缝段内纵筋直筋部分的搭接长度满足规范要求时,接缝段内纵筋的不同构造形式对试件的抗弯性能影响较小,实际工程中,可采用较为简便的直筋搭接方式。提出了无缝和带接缝UHPC桥面板抗弯承载力统一计算方法,并且采用本文和其他文献试验结果验证了其适用性。

现浇预应力混凝土箱梁相邻节段间水化热效应的测试及分析

为明确节段现浇预应力混凝土箱梁施工过程中后浇节段水化热对自身节段及相邻已浇筑节段的影响,以武穴长江公路大桥为背景,现场实测其南边跨混凝土箱梁N13节段早龄期混凝土力学性能、水化热温度场及应变场;建立N13节段及先浇相邻节段的有限元模型,分析混凝土箱梁相邻节段间的水化热温度场和应力场的发展规律。结果表明:在后浇节段早龄期水化热作用下,受先浇相邻节段横桥向约束作用,后浇箱梁节段内混凝土无法自由移动而产生压应力;而先浇相邻节段在距结合面约1.0 m处的内腹板和顶板内产生较大的温致拉应力,最大拉应力分别为3.93MPa和4.54 MPa,超过相应时刻节段混凝土的抗拉强度而可能导致箱梁开裂。降低后浇节段混凝土的水化热温升、后浇节段浇筑前张拉既有相邻节段内的横向与竖向预应力是防止混凝土开裂的有效措施。