部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁抗剪试验研究

目的为研究部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁的抗剪性能,方法对4根倒置组合梁试件通过三点加载方式进行了静载试验,通过研究其负弯矩作用下的破坏形态及变形特征,得到了组合梁的荷载-挠度曲线、应变分布、荷载-滑移曲线、最终破坏形态等。结果试验研究结果表明:UHPC翼板显著提升了组合梁的变形能力和极限承载力;相较于试件SUCB-3(NC翼板),试件SUCB-1(1/2UHPC翼板和SUCB-4(全UHPC翼板))的承载力分别提高了18.2%和27.3%,变形能力则分别增强了38.02%和41.2%;钢纤维的添加能有效地抑制翼板裂缝的开展,钢纤维掺量从0提高到2%,试件的最大裂缝宽度从1.06 mm降低到0.92 mm,变形能力增强了23.61%,承载力则提高了4%。结论提出了考虑钢箱、UHPC翼板和充填混凝土贡献的组合梁抗剪承载力计算公式。

窄幅钢箱-UHPC组合梁负弯矩下抗弯性能试验研究

为改善钢-混凝土组合梁负弯矩下的受力性能,提出一种新型窄幅钢箱-超高性能混凝土(UHPC)组合梁。通过6根试验梁的反向静力加载试验,得到试验梁受力全过程跨中荷载-挠度、荷载-应变、荷载-最大裂缝宽度关系曲线、裂缝发生发展及破坏形态等,基于简化塑性理论推导出了组合梁极限抗弯承载力计算公式。结果表明:窄幅钢箱-UHPC组合梁在负弯矩下具有良好的受力性能;提高配筋率、钢纤维掺量和UHPC相对板厚都可在一定程度上改善组合梁延性,提高其极限抗弯承载力;翼板配筋率对承载力影响较大,配筋率由1%增加至2%时,其极限抗弯承载力提高了15%;钢纤维掺量和UHPC相对板厚对初始开裂荷载影响较大,钢纤维掺量从1%增加到2%时,初始开裂荷载提高32%,UHPC相对板厚由0增加到0.5时,初始开裂荷载提高56%;增加钢纤维掺量和UHPC相对板厚可有效控制裂缝宽度,减少结构主裂缝数量,改善组合梁耐久性;组合梁极限抗弯承载力计算公式计算值与试验值吻合较好,表明塑性理论适用于窄幅钢箱-UHPC组合梁的承载力计算。

部分充填式窄幅钢箱-UHPC组合梁负弯矩下抗剪强度

为研究部分充填式窄幅钢箱-超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)组合梁在负弯矩下的裂缝开展、局部屈曲和竖向抗剪强度,对5根不同UHPC翼板层厚和钢箱不同充填高强混凝土(high strength concrete,HSC)高度的组合梁试件进行反置正向加载,得到了试件在加载过程中的破坏过程、荷载-裂缝宽度曲线、荷载-跨中挠度曲线、跨中应变分布和腹板应力应变等并进行分析。结果表明:相比于普通混凝土(normal concrete,NC)翼板试件,半UHPC和全UHPC翼板试件其抗剪承载力提升不大,仅8.3%和11.6%;相比于未充填试件,半充填和全充填试件其抗剪承载力分别提升了61.7%和87.2%。用UHPC替换部分NC翼板后试件能有效地控制裂缝发展,钢箱内充填HSC能有效地减小腹板局部屈曲。考虑翼板、钢梁和充填HSC对抗剪承载力的贡献,通过分项叠加法确定试件的抗剪承载力计算方法,能较准确地计算试件的抗剪承载力。

负弯矩区部分充填式窄幅钢箱-UHPC-NC组合梁抗剪承载力研究

为研究部分充填式窄幅钢箱-UHPC-NC组合梁负弯矩区受剪性能,开展3根部分充填式窄幅钢箱组合梁加载试验,研究组合梁的破坏模式、变形及裂缝分布规律。基于ABAQUS软件建立组合梁有限元模型,通过试验结果验证模型的准确性,并分析充填混凝土强度fcu、充填混凝土高度hf、UHPC层厚度hu和剪跨比λ对组合梁抗剪承载力的影响。研究结果表明:3根组合梁钢箱上箱室均发生剪切破坏,翼板跨中出现弯曲主裂缝,加载点与支座间产生剪切斜裂缝。在弹性阶段,UHPC和NC、钢箱与翼板协同工作性能良好,NC翼板组合梁端部表现出明显的剪切破坏;UHPC翼板组合梁的开裂荷载、屈服荷载及极限荷载较NC翼板组合梁分别提高55%、37.5%和12.5%,最大裂缝宽度从1.48 mm降至0.82 mm。有限元模型计算与试验结果吻合良好,可用于组合梁受力性能参数分析。组合梁抗剪承载力随hu的增加基本呈线性关系,当hu从0增加至100 mm时,组合梁抗剪承载力提高12.5%;当hf达到0.3后、提高fcu对组合梁抗剪承载力的影响并不显著,hf应控制在0.3左右且fcu不宜过高;组合梁抗剪承载力随着λ的增加基本呈线性关系递减,λ=2.8为组合梁弯剪破坏和受弯破坏界限剪跨比。提出考虑钢箱、充填混凝土和翼板贡献的组合梁抗剪承载力计算公式,并与试验和数值模拟结果进行验证分析,结果吻合良好且偏于安全。

配筋率对钢箱-UHPC组合梁裂缝特征的影响

为研究钢箱-超高性能混凝土(UHPC)组合梁负弯矩区裂缝特征,设计制作了3根配筋率分别为1%、2%和3%的UHPC翼板部分充填砼窄幅钢箱组合梁,通过对不同配筋率的试验梁进行反向加载试验研究组合梁的裂缝发展特征,并对最大裂缝宽度、裂缝间距及开裂荷载进行对比分析。研究结果表明:试验梁在不同配筋率条件下,UHPC面层裂缝发展明显不同,配筋率越高最大裂缝宽度越小,裂缝越密集,开裂荷载越大;与配筋率为1%的试验梁相比,配筋率为2%和3%的试验梁的开裂弯矩分别提高了30.3%和65.2%;可根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG 3362—2018)中的裂缝宽度计算公式乘以0.78的修正系数,来计算窄幅钢箱-UHPC组合梁负弯矩区的裂缝宽度。

窄幅钢箱连续组合梁受力性能有限元分析

为了解决钢-混凝土组合梁负弯矩区开裂以及钢箱受压屈曲问题,提出采用窄幅钢箱连续组合梁对钢-混凝土组合梁进行优化,并在窄幅钢箱连续组合梁桥面翼板的负弯矩区采用超高性能混凝土材料部分替代强度等级为C40的混凝土,形成超高性能混凝土-窄幅钢箱连续组合梁,进一步优化窄幅钢箱连续组合梁受力性能;采用有限元分析软件ABAQUS建立超高性能混凝土-窄幅钢箱连续组合梁有限元模型,在验证模型适用性的基础上,分析窄幅钢箱连续组合梁的受弯过程,并对窄幅钢箱连续组合梁翼板、钢筋、钢箱云图进行对比。结果表明:窄幅钢箱连续组合梁中混凝土的充填跨度对窄幅钢箱连续组合梁刚度存在一定的影响,超高性能混凝土材料显著改善了翼板的抗裂性能,翼板受拉区损伤面积减小95%以上;当采用超高性能混凝土材料完全替代普通混凝土材料时,窄幅钢箱连续组合梁的刚度、开裂荷载、极限荷载等性能得到较大改善。

超高性能混凝土-充填式窄幅钢箱组合梁裂缝宽度计算

为了探讨超高性能混凝土-充填式窄幅钢箱组合梁裂缝发展规律和分布,评估现行规范中最大裂缝宽度计算公式对该类组合梁的适用性,考虑组合梁钢纤维掺量、充填混凝土高度和配筋率3个因素,对6根该类组合梁开展弯曲试验;根据超高性能混凝土的特性,提出该类组合梁钢筋应力计算方法;修正现行规范中最大裂缝宽度计算公式,并考虑钢纤维掺量的影响,建立该类组合梁的最大裂缝宽度计算公式。结果表明:组合梁开始出现裂缝后最大裂缝宽度发展较缓慢,在最大裂缝宽度达到0.16 mm之前,荷载等级-最大裂缝宽度曲线大致呈线性,组合梁屈服后裂缝宽度迅速增大;增加钢纤维掺量和配筋率可明显限制裂缝发展,钢箱充填超高性能混凝土可明显增强组合梁极限承载能力;现行规范中最大裂缝宽度公式计算该类组合梁最大裂缝宽度过于保守,所提出该类组合梁钢筋应力计算方法和组合梁最大裂缝宽度公式的计算值与弯曲试验实测值均吻合较好。

部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁抗裂性能研究

为了研究充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的弯曲性能,以及栓钉间距、配筋率对连续组合梁负弯矩区混凝土翼板抗裂性能、裂缝开展和宽度的影响,完成3根反向加载的简支组合梁的静力加载试验;考虑翼板混凝土收缩应力的影响,推导出连续组合梁负弯矩区翼板开裂弯矩理论计算公式。试验结果表明,在较低荷载下连续组合梁翼板负弯矩区就会开裂,而发生明显的内力重分布;箍筋间距对裂缝间距有一定的影响,且剪力连接程度和配筋率对连续组合梁负弯矩区裂缝发展以及宽度的影响较明显,适当增加配筋率可以减小组合梁负弯矩区翼板最大裂缝宽度。通过求解组合梁负弯矩区的开裂弯矩,考虑收缩应力的影响能够更准确的控制混凝土的开裂,并对计算值与试验值进行比较,证明这种理论计算式是可行的。

窄幅钢箱组合梁关键设计参数分析

本文以某50 m简支窄幅钢箱组合梁桥为对象,建立全桥有限元模型,对钢箱梁高、箱宽及钢材标号等设计参数进行分析。结果表明:不同的参数设置,对该结构的自振频率、刚度、板厚及用钢量等产生不同的影响,综合考虑施工、桥梁规模等影响因素,本文给出有关窄幅钢箱组合梁构造布置的合理化建议。

部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁有限元分析

以3根在负弯矩区不同配筋率的2×3 m部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁的试验研究为基础,采用有限元软件ABAQUS建立了部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁的非线性有限元模型,模拟了构件在两点对称集中荷载作用下连续组合梁负弯矩区的受力性能,计算结果和试验结果吻合良好,验证了模型的有效性.对混凝土强度、钢箱梁顶板、腹板以及底板的厚度等影响连续组合梁的主要参数进行分析,分析结果表明:通过增加钢箱梁腹板和底板的钢板厚度,能有效提高部分充填式窄幅钢箱-混凝土连续组合梁的极限承载力和刚度。

部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁抗弯承载力

为了研究部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区抗弯承载力,完成了3根简支组合梁在负弯矩作用下的弯曲性能试验;分析了影响部分填充混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区结构受力性能的主要因素。通过换算截面原理以及混凝土翼板参与受拉的程度系数m来确定组合梁截面惯性矩与抗弯刚度,推出部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的弹性抗弯承载力计算公式;基于简化的塑性理论,得到负弯矩区极限抗弯承载力计算方法,并进行计算值和实测值对比分析。总体而言,充填的混凝土限制了受压部位钢箱的结构变形,能够明显提高钢箱组合梁负弯矩区的弹性工作范围和极限承载力,使钢箱组合梁具有更好的工作性能。

主跨85m连续窄幅钢箱组合梁设计思路

窄幅钢箱组合梁具有制造方便、运输方便、安装方便、受力合理等诸多优点,但在国内应用很少。结合柯诸高速跨兰店快速路桥梁工程,全面介绍了(50+85+50)m窄幅钢箱组合梁的设计思路、主梁相关构造、钢混组合桥面板的设计及结构验算,结果表明结构安全,值得推广,提出的调整施工工序法是一种简便有效的控制大跨连续钢混组合梁负弯矩区桥面板开裂的施工方法。

负弯矩区部分充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁受力性能影响试验研究

为了研究充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁负弯矩区的荷载-挠度特征、截面应变分布、抗弯刚度、钢箱梁的约束机理以及承载能力的影响,对5根部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土简支组合梁试件和1根全充填混凝土试件进行了静力加载试验。试验结果表明:在负弯矩作用下,配筋率和剪力连接程度对窄幅钢箱-混凝土组合梁的受力性能影响显著,配筋率从1%增加到2%,承载力提高22%;剪力连接度从0.75增加到1.25,承载力提高13%。半充填和全充填混凝土对窄幅钢箱-混凝土组合梁试件的承载力和刚度影响很小。充填混凝土对钢箱梁的屈曲约束作用明显,所有试件最终破坏时均未发生内凹屈曲。由于充填混凝土有效地限制钢箱变形,从而提高了组合梁的承载力和结构的稳定性。基于简化塑性理论提出了部分充填混凝土窄幅钢箱-混凝土组合梁的承载力计算方法,且计算值与试验值吻合较好。

部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区局部屈曲分析与试验研究

部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁主要由钢筋混凝土翼板、下箱室充填混凝土的窄幅钢箱梁和抗剪连接件组成。通过2根部分充填混凝土窄幅钢箱组合梁弯曲性能试验研究,对比考察了部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的受力全过程,分析了组合梁钢板的局部屈曲特征,给出了钢梁腹板屈曲应力的简化计算模型。试验结果表明,钢箱内部分充填混凝土可以有效地提高负弯矩区的抗弯性能、梁的整体延性性能和受压区钢梁的稳定性,能够显著地改善钢板的局部屈曲性能。

中小跨径窄幅钢箱组合梁桥的设计要点分析

鉴于我国现有中小跨径窄幅钢箱组合梁桥的施工技术理论与实践研究甚少,结合国内外相关研究成果,对中小跨径窄幅钢箱组合梁桥计算要点、结构体系与构造、横向联结系、抗裂理念与措施等问题进行了详细的阐述,可为以后的中小跨径窄幅钢箱组合梁桥的设计提供参考。