车辆荷载作用下微开裂LEM-SHCC路桥连接板受力性能研究

为掌握微开裂LEM-SHCC路桥连接板在车辆荷载作用下的受力性能,首先进行混合两种PVA纤维长度(8mm和12mm)LEM-SHCC材料的基本材性(弹性模量、抗压强度及抗拉性能)试验,分析PVA纤维长度对LEM-SHCC材料性能的影响,其次制备混合两种PVA纤维长度的LEMSHCC路桥连接板,研究其在系统温度荷载作用下的吸纳变形能力、裂缝分布规律以及受力特点,随后在微开裂的LEM-SHCC路桥连接板最不利位置模拟车辆荷载作用,研究车辆荷载作用下微开裂LEM-SHCC路桥连接板变形特性,最后进行LEM-SHCC路桥连接板的敏感参数(包括PVA纤维长度、板厚、基层顶面当量回弹模量等)有限元对比分析。研究结果表明:采用混合两种PVA纤维长度LEM-SHCC材料较使用单一纤维LEM-SHCC材料的抗压强度和弹性模量分别提高32%和36%,抗拉初裂应力和极限抗拉强度分别提高51%和8.8%;低周反复拉/压混合两种PVA纤维长度的LEM-SHCC路桥连接板,板面裂缝靠近张拉端多而密,靠近锚固端少而间距大,卸载后表面裂缝可自行闭合,且LEM-SHCC板张拉端和锚固端的内力随着张拉次数的增加而减小;微开裂LEM-SHCC路桥连接板随着车辆荷载增加竖向变形增大,回弹弯沉为0.235mm,小于计算弯沉0.345mm,满足路桥连接板的强度要求;当LEM-SHCC材料的PVA纤维长度为10mm,LEM-SHCC板的设计厚度为150mm,基层顶面当量回弹模量为800MPa时,LEM-SHCC板的最大伸长量、最大应力、拉伸损伤等各项性能最优,该研究成果为LEM-SHCC路桥连接板的设计提供参考。

半整体式全无缝桥梁研究

针对国外常用的无缝桥梁中存在一个路与桥之间接缝处理的难题,提出一种新型的半整体式全无缝桥梁体系的设计新构思,即不仅取消全部的桥面伸缩缝,而且还取消了桥与路之间的接缝构造。新型半整体式全无缝桥梁体系中,主梁、搭板和接线路面三者相互连接和制约,梁体发生收缩变形时,通过搭板拉伸加筋接线路面板,相应地,梁体也受到了加筋接线路面的阻滞拉力作用;而温度上升时则反之。对这一新的结构体系进行深入系统的理论和构造研究,将桥和路作为整体进行受力分析和结构设计,推导了加筋接线路面在自身温度变化、干缩和梁体收缩共同作用下吸纳变形的计算公式,并由试验确定加筋接线路面板的裂缝宽度和裂缝间距的计算公式。通过实桥设计施工及后续多年运营监测,已证明这种新型全无缝桥梁是安全可行的,实测应变和变形也均在计算范围之内。

中低设防烈度地区全无缝桥梁抗震性能分析

为了准确地模拟接线路面特性,对其荷载-变形和损伤进行了分析,提出了接线路面板集中弹簧简化模型.基于此,采用SAP2000建立了某座全无缝桥梁动力计算模型.对该桥进行了模态分析和地震时程分析,并与对应连续梁桥进行了对比分析;同时还进行了桥长和接线路面刚度敏感性分析.研究结果表明:中低设防烈度地区,全无缝桥梁的地震响应只有连续梁桥的24%～35%,主桥处于弹性无损状态.可见,全无缝桥梁能大幅提升中低烈度地区公路中小桥梁的抗震性能.

全无缝桥梁用掺橡胶粉LEM-SHCC路桥连接板拉伸性能及其应用

为了解决全无缝桥梁路桥连接板裂缝宽度与板内力过大等问题,将橡胶粉等体积部分替代细砂掺入应变硬化水泥基复合(SHCC)材料可制备低弹性模量的SHCC材料(LEM-SHCC),用于全无缝桥梁路桥连接板;进行了5种不同体积橡胶粉掺量(0、5%、10%、15%和20%)LEM-SHCC基本材性(密度、抗压强度和弹性模量)及拉伸性能试验,分析了橡胶粉掺量对LEM-SHCC的强度和变形性能的影响,并采用拉、压应变比差评价了橡胶粉掺量对SHCC材料的影响,获得了LEM-SHCC的最优配合比;针对橡胶粉掺量为15%的LEM-SHCC路桥连接板,研究了最不利荷载作用下(温降荷载)其吸纳变形能力、拉伸变形性能及开裂后裂缝分布规律,并与同尺寸SHCC路桥连接板的各项性能进行了比对;进行了LEM-SHCC路桥连接板的敏感参数(橡胶粉掺量、板底摩擦因数和板长等主要影响因素)有限元对比分析。研究结果表明:橡胶粉的掺入降低了SHCC的弹性模量,提升了SHCC的延性,当橡胶粉掺量达15%时,SHCC的弹性模量降低了40%,而延性却提升了近50%,且裂缝宽度有效地控制在60μm以内;LEM-SHCC路桥连接板吸纳纵向变形达到10 mm时,LEM-SHCC路桥连接板表面微裂缝多(近180条),裂缝间距小(15~80 mm),且开裂后裂缝宽度控制在60μm以内,此时张拉端板应力为2.1 MPa,锚固端锚固力为150.5 kN,卸载后裂缝闭合,无纤维被拉出或拉断;吸纳同样的纵向变形10 mm时,LEM-SHCC板的内力比同尺寸的SHCC板小;LEM-SHCC板的内力受橡胶粉掺量的影响较大,当其掺量为15%时,LEM-SHCC板性能最优,LEM-SHCC板的内力受板底摩擦因数的影响不大,板长的增加能有效地改善LEM-SHCC板的受力性能,推荐LEM-SHCC路桥连接板的设计长度为8.5 m。