大跨度自锚式悬索桥钢‒UHPC轻型组合加劲梁构造设计研究

为优选大跨度自锚式悬索桥钢‑UHPC轻型组合加劲梁结构方案,该文以益阳市青龙洲大桥为背景,采用有限元模拟、足尺试验对比验证3种钢‒超高性能混凝土(Ultra‑High Performance Concrete,UHPC)组合加劲梁方案,对比静力性能、经济特性等指标。结果表明:UHPC华夫板、UHPC无腹筋纵肋板、长栓钉带钢板条的UHPC纵肋板方案均可满足设计需要,长栓钉带钢板条的UHPC纵肋板有更高的抗弯刚度、抗裂安全储备,可达到需求值的5.4倍;桥面板新型T形接缝通过合理预留钢筋实现桥面板零焊接,并有效减少UHPC板内高拉应力区纤维不连续引起的断缝;钢‒UHPC轻型组合梁性能优越、适用性高、经济性好,具有良好的应用前景。

钢-UHPC轻型组合梁桥面板结构型式研究

提出了钢—UHPC轻型组合桥梁结构,以克服传统钢-混凝土组合结构桥梁混凝土桥面板的不足。(1)从基本力学性能和经济性方面对轻型组合梁和传统组合梁进行对比,表明轻型组合梁具有自重低,力学性能优越,施工方便快捷,全寿命经济效益显著等特征,具有较好的应用前景。(2)对等厚板、带纵肋桥面板、华夫桥面板3种结构型式的UHPC桥面板进行有限元分析,结果表明:华夫桥面板竖向位移最小,整体刚度最大;带纵(横)肋桥面板仅纵肋下缘纵向拉应力最大,只需在纵肋下缘配置纵向受拉钢筋;华夫桥面板方案横向拉应力峰值小于较带纵肋方案。(3)基于华夫桥面板方案开展了足尺条带模型试验,正负弯矩试验的初裂应力分别为19.4 MPa和9.1 MPa,华夫桥面板方案能够满足正常使用极限状态的裂缝限值。

丁苯乳液和超高分子质量聚乙烯纤维对砂浆抗弯性能的影响

通过三点弯曲试验,研究了丁苯乳液和超高分子质量聚乙烯(UHMW-PE)纤维对砂浆抗弯性能的影响。研究发现,单掺丁苯乳液时,聚合物改性砂浆的初裂应力和抗折强度随着聚灰比的增加先提高后降低,且初裂应力和抗折强度相差不大;而初裂应变和最大负荷荷载所对应的应变(强度应变)总体上都随聚灰比的增大而增加,最高分别提高3倍和4倍。1.2%UHMW-PE纤维与丁苯乳液复掺时,聚合物改性砂浆的初裂应力随着聚灰比增大而增加,且抗折强度远高于初裂应力,而抗折强度随聚灰比增加而降低。纤维的掺入可以大幅度提高聚合物改性砂浆的初裂应变和强度应变,最高分别提高9倍和96倍。除聚灰比为0.3的砂浆,掺入1.2%的纤维都降低了砂浆的初裂应力。

钢-UHPC轻型组合桥梁结构华夫桥面板的基本性能

为了克服传统预应力混凝土主梁、钢主梁、钢-混凝土组合主梁由于材料和结构本身缺陷所引起的病害,提出了适用于(特)大跨径桥梁且无横向表面受拉接缝的钢-UHPC(Ultra-high Performance Concrete)轻型组合桥梁结构。为验证轻型组合梁用于斜拉桥的可行性,建立了空间有限元模型进行静力性能分析和疲劳应力幅计算,并制作了9个足尺条带模型试验梁,开展了静载试验研究。研究结果表明:受拉钢筋配筋率、钢筋直径、直线型纤维直径和长度对UHPC的初裂应力影响不大,而纤维带端钩能显著提高初裂应力;端钩型、直线型纤维UHPC试验梁正弯矩初裂应力分别为19.4,10.6 MPa,前者高出后者83%,负弯矩初裂应力分别为13.8,8.4 MPa,前者高出后者64%;正常使用极限状态时,端钩纤维试验梁正负弯矩初裂应力分别为华夫板下缘、上缘频遇组合拉应力的1.45倍、1.66倍;承载能力极限状态时,端钩纤维试验梁正负弯矩名义拉应力试验值分别为华夫板下缘、上缘基本组合名义拉应力的2.1倍、2.4倍;基于S-N曲线预测UHPC华夫桥面板疲劳寿命远大于200万次。