钢板-UHPC组合桥面板抗弯性能试验及有限元分析

将正交异性钢桥面板的纵肋开孔并上置作为剪力连接件(PBL剪力键,PBL为德语Perfobond Leiste的缩写,意同英文的Perfobond rib或Perfobond strip),使钢板和UHPC(Ultra-High Performance Concrete,超高性能混凝土)形成组合桥面结构,具有解决传统正交异性钢桥面板易疲劳开裂和铺装层易损坏的问题的潜力。为了研究该组合结构的抗弯性能,基于某实桥其钢板-UHPC组合桥面板的设计,进行足尺条带模型正弯矩加载试验,得到其荷载-挠度关系,裂缝发展和分布情况、钢板和UHPC的荷载-应变关系以及底钢板与UHPC界面的相对滑移情况等。静载试验结果表明:横截面变形基本符合平截面假定,PBL剪力连接件能保证底钢板与UHPC层的协同受力,同时,该结构具有良好的延性。基于试验结果,采用3种不同的方式模拟钢板和UHPC的界面行为,建立了Abaqus有限元模型。对比发现,采用“面-面接触(无摩擦)”方式模拟UHPC和钢板的接触行为的有限元模型其计算结果与试验值吻合更好。利用该模型进一步进行参数分析,探究UHPC层厚度、底钢板厚度、顶层和底层纵向钢筋的直径,开孔板孔距等因素对构件抗弯性能的影响。计算结果表明,UHPC层厚度、底钢板厚度是影响钢板-UHPC组合板抗弯性能的关键因素。

钢板-混凝土组合结构桥塔研究及应用综述

桥塔是大跨缆索支承桥梁中重要的受力构件,尤其是多塔斜拉桥中塔对刚度和承载力同时提出了较高的要求。钢板-混凝土组合结构桥塔丰富了桥塔结构形式的选择,对于解决多塔斜拉桥中塔刚度不足等关键技术问题具有重要意义。首先对组合结构桥塔的整体应用现状进行调研汇总,目前组合结构在桥塔中多作为局部结构或以钢管混凝土结构形式应用于中小跨径桥梁,大跨径缆索支承桥梁中需要的大截面尺寸钢板-混凝土组合桥塔目前研究较为缺乏。对保证钢、混凝土协同工作性能的连接件及双钢板-混凝土组合结构形式的已有研究和现状进行了调研分析,现有小尺度组合结构试验及常规连接件研究成果不适用于组合桥塔,有待针对桥塔受力特性开展进一步研究。提出双钢板-混凝土组合结构桥塔及薄开孔板连接件,通过试验研究及理论分析研究给出了组合桥塔受力机理及设计理论。最后,结合依托工程南京五桥经验提出组合结构桥塔设计建议及方法,组合桥塔在算例分析中与混凝土桥塔、钢桥塔相比显示出了在受力性能、经济性能及施工便利性方面的优势。研究与实践均表明,新型组合结构桥塔体系具有较为显著的性能优势,取得了令人满意的综合经济效益,为大跨缆索支承桥梁工程建设提供了崭新的思路和选择,有力地推动了组合结构在桥梁工程中的应用。

钢板-混凝土组合桥面板受力性能与设计方法研究

钢板-混凝土组合桥面板是由底部钢板和混凝土通过开孔钢板连接件或栓钉等剪力连接件结合而成的新型桥面板形式,具有良好受力性能和广泛应用前景。本文对6块钢板-混凝土组合桥面板试件进行了两点对称集中加载静力试验研究,组合桥面板均采用开孔钢板连接件连接。试验重点研究了组合桥面板中开孔钢板连接件中横向贯通钢筋布置、组合桥面板名义剪跨比和开孔钢板间距等主要因素对组合桥面板受力性能的影响。着重考察了6个组合桥面板试件的破坏形态、钢板与混凝土应变发展情况、裂缝发展情况及组合桥面板承载能力。试验研究结果表明,采用开孔钢板连接件及本文贯通钢筋布置形式的组合桥面板具有良好的受力性能,组合桥面板均表现为典型的弯曲破坏,钢板与混凝土之间无明显滑移,组合桥面板受弯承载能力计算可以采用平截面假定,底部钢板强度可以得到充分发挥,组合桥面板具有较高的受弯承载能力和刚度,并具有良好延性。根据试验研究结果,建立了钢板-混凝土组合桥面板承载能力计算公式,为该新型组合桥面板在工程实践中的推广应用提供技术依据和理论支持。

基于屈服线理论的钢-混凝土组合双向板承载力分析

为了研究一种新型的钢-混凝土组合双向板的性能,采用屈服线理论对其极限承载力进行了分析与推导。并利用有限元软件ABAQUS对3块组合双向板进行了数值模拟,建模中考虑了混凝土的非线性本构关系、钢板与混凝土之间的非线性接触关系。与已有组合单向板试验结果的对比表明,ABAQUS软件能较合理地模拟此类带开孔钢板剪力连接件的组合板的受力性能。随后分析了钢底板厚度、开孔钢板间距对承载力的影响,并将数值模拟结果与理论计算结果进行比较,证明了采用普通直线形屈服线分布模式的计算结果是安全可行的。