横隔板含上缘过焊孔的钢桥面UHPC加固结构计算与试验研究

基于Ansys子模型技术有限元分析计算了原钢桥面与UHPC加固后组合桥面中上缘过焊孔的疲劳细节应力,其中横隔板-面板焊接细节的名义应力最大,达188.7 MPa,开裂风险极高。采用钢-UHPC组合桥面结构加固后,该细节的名义应力降至25.4 MPa,降幅达86.5%,但UHPC层最大拉应力达14.3 MPa。由此开展了不同配筋形式的钢-UHPC组合桥面结构抗弯参数试验,试验结果表明:钢筋间距为50 mm的钢-UHPC组合桥面板,其UHPC层抗裂强度达22.3 MPa,抗裂安全系数达1.56,满足实桥抗裂要求。相关研究结论可为类似钢桥面加固结构设计提供参考。

基于移动荷载的双层SMA钢桥面铺装结构研究

为揭示罗埠大桥双层SMA铺装层早期病害原因,利用ABAQUS有限元分析软件对钢桥面建立了三维有限元模型,并施加了移动荷载,首先研究了沿行车纵向各典型位置处双层SMA铺装层力学响应,对比分析找出了力学指标的最不利断面;然后研究了3种具有代表性的荷载移动带下双层SMA铺装层力学指标沿横向和竖向的分布规律,揭示了力学指标的最不利位置;最后,基于双层SMA铺装层早期病害原因,对其进行了有针对性的结构优化,进一步对比研究了设置缓冲层的双层SMA铺装层力学响应,并验证了优化后的双层SMA铺装层具有较好的力学结构性能。研究表明:双层SMA铺装层层间滑移病害主要是层间剪应力的“揉搓”作用导致。该“揉搓”作用具有方向相反且峰值间隔时间极短的特点;双层SMA铺装层与钢桥面层间接触条件的恶化,会加速双层SMA铺装层的疲劳开裂,摩擦系数每降低0.2,沥青层拉应变平均增加3.26%;设置缓冲层的双层SMA铺装层层间和自身受剪情况较优化前,有着较为明显的改善;在同等工况下,优化后的双层SMA铺装层层间剪应力和沥青层最大剪应力分别较优化前减少了25%~30%和12%~16%。

温度对钢桥面铺装结构中UHPC与沥青层黏结性能的影响

以西洪大桥及接线工程(环镇北路—北环快速路)为例,对钢-UHPC组合结构进行了介绍,并通过钢桥面铺装剪切强度试验对温度与钢桥面铺装结构中UHPC和沥青层黏结性能之间的关系进行了研究。试验结果表明,成型温度从150℃提升到160℃时,平均剪切强度增幅约为24.6%。在140~160℃之间时,平均剪切强度随成型温度的升高呈现逐渐增大的趋势。

钢-UHPC结合段PBL连接件和钢梁端面承压联合作用研究

钢-混结合段作为钢梁和混凝土连接为整体的核心部件,传力构件的受力性能对钢-混凝土结合段至关重要。为提高结合段的力学性能,进行了仅有钢梁端面承压、PBL连接件和两者联合作用3组推出试验。结果表明:3组试件最终破坏裂缝分布均为钢梁端面侧“八”字形分布;钢梁端面组(D组)试件破坏模式主要为UHPC的开裂破坏而失效,PBL连接件组(P组)和联合作用组(PD组)试件主要是贯穿钢筋的剪切破坏而失效;3组试件的荷载-滑移曲线均包含弹性、裂缝开展和屈服3个阶段,由于贯穿钢筋和UHPC榫具有抑制裂缝开展和提高试件延性的作用,P组和PD组试件裂缝开展阶段较D组更短,屈服阶段更长,延性更好。对荷载-滑移曲线进行拟合,提出了钢梁端面承压和PBL连接件承载力随滑移量变化的计算公式。引入滞后滑移差Δs_(j),当Δs_(j)=0~0.67 mm时,联合作用计算结果偏于安全。计算得到钢梁端面承压传力比例约为43%,PBL连接件传力比例约为57%,两者传力效果基本相当。利用UHPC作为外包混凝土时,建议采用承载能力更高的贯穿钢筋,以充分发挥UHPC的高强性能,从而提高结合段的承载能力。

株洲市清水塘大桥桥面UHPC铺装施工技术应用研究

株洲市清水塘大桥桥面采用钢一UHPC组合结构,铺装面积达到9830m,厚度仅5cm,属于大面积薄层混凝土结构,施工质量控制难度大。通过开展配合比设计优化实验,总结提出UHPC生产技术,利用相应配套设备结合施工控制要求,形成施工成套技术并现场实施。结果表明,当减水剂掺量为0.9%~1.0%时,出机5h的扩展度在650mm以上,保效果较好,可满足泵送施工要求。采用的振捣整平机、收面覆膜机能高效完成UHPC桥面铺装作业,同时保证UHPC表面平整,满足标高要求;采用的蒸养系统保证仓内温度90℃以上,湿度大于95%。最终混凝土外观质量好,无裂纹、脱皮、麻面等现象,浇筑层平整度满足规范要求。形成的施工技术可供类似工程借鉴参考。

基于聚合物合金材料钢桥面铺装结构性能研究

基于聚合物合金材料轻质高强的特点,该文提出3种基于聚合物合金材料的新型钢桥面铺装结构,考察其高温性能、界面黏结性能、抗疲劳性能及抗滑性能等,并与传统铺装结构的路用性能做对比。试验结果表明:铺装层厚度对“聚合物合金材料+高弹改性沥青混凝土SMA10”的高温性能影响较大,而对“聚合物合金材料+高韧性环氧沥青混凝土EA10”和“浇注式沥青混凝土GA10+聚合物合金材料”的高温性能影响较小。聚合物合金铺装结构具有良好的高温性能、界面黏结性能和抗疲劳性能,整体性能与浇注式沥青混凝土及环氧沥青混凝土铺装结构相似,完全能满足钢桥面铺装对材料及结构的要求,并降低了铺装层的自重,实现了钢桥面的轻质高强铺装目标。

钢桥面铺装组合结构性能与适用性分析

钢桥面的早期破坏已成为交通繁忙路段上的一大难题,研究高性能钢桥面铺装结构替代传统沥青混凝土桥面具有重要意义。本文分别分析了3种钢桥面铺装结构的路用性能,包括双层SMA,“GA+SMA”与“EA+SMA”,并提出了不同铺装组合结构的适用条件。结果表明,EA结构具有优异的抗车辙性能和耐久性,特重等级交通的钢桥推荐采用“EA-10+SMA-13”桥面铺装结构;重载交通,建议采用“GA-10+SMA-13”桥面铺装结构;轻交通则建议采用“SMA-10+SMA-13”桥面铺装结构。

钢桥面浇注式铺装组合结构性能对比研究

针对3.5cmGA10+3.5cmSMA10和3.0cmGA10+4.0cmSMA13两种铺装方案,开展了组合结构性能对比研究,结果表明:两种铺装方案均具有良好的层间黏结抗剪性能和协同变形性能,组合结构黏结强度和抗剪强度分别为1.21MPa、4.03MPa,五点加载复合梁疲劳寿命均高于120万次。在交通量大、货车比例高、夏季气温高、年降雨量大等服役环境下,3.0cmGA10+4.0cmSMA13铺装方案比3.5cmGA10+3.5cmSMA10铺装方案更具优势。

钢-UHPC组合桥面施工技术分析

某大桥为水滴型索塔、独塔斜拉桥,为避免正交异性钢桥面板疲劳开裂与沥青混凝土铺装层频繁破损两大问题,使用了新型的钢-UHPC组合桥面结构。文章以某大桥为背景,介绍了钢-UHPC组合桥面技术的施工技术及工艺,为以后类似工程提供参考和借鉴。

钢桥面铺装结构设计与施工方案优化研究

文章以港珠澳大桥为研究对象,对其进行结构力学分析,发现车道所处位置不同,力学特性也不同。在基于力学分析结果的基础上对钢桥面铺装进行设计,综合考虑气候条件、交通荷载情况和铺装结构力学特性等因素,提出合理的铺装设计方案,并提出了具体的施工方案。施工工艺优化的重点在于对混合材料的处理,施工过程中要保证铺装材料达到设计要求的性能,同时兼顾建设周期和安全因素。文章提出的钢桥面铺装设计及施工方案旨在为类似工程提供参考。

ES10复合结构在钢桥面铺装养护中的可行性探究

本文基于“舟山跨海大桥桃夭门大桥钢桥面结构层修复施工”科研课题成果,分析总结了舟山跨海大桥在通行期间大流量无法断流的情况下,采用环氧沥青混凝土+高黏高弹SMA10沥青混凝土的结构铺装层形式,快速、不中断交通的情况下对钢桥面铺装层进行整修,为今后大交通流量且无法断流的钢桥面铺装养护施工提供了可行性技术支撑。

钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构疲劳性能研究

以含U型肋的钢-薄层超高性能混凝土(UHPC)轻型组合桥面结构为对象,开展了稀疏栓钉布置下的组合桥面三点弯曲疲劳试验,研究了栓钉抗剪和薄层UHPC抗弯拉、疲劳性能,并进行了剩余强度试验。疲劳试验结果表明,累计经历3200万次疲劳加载后,UHPC顶面的最大裂缝宽度仅为0.05 mm,且钢-薄层UHPC界面未见显著滑移。剩余强度试验表明,UHPC的名义开裂应力为15.7 MPa,相较于未经历疲劳试验的类似试件应力降低了38.9%。此外,试件的最终破坏形态为U肋底部屈曲。

钢-超薄UHPC层轻型组合桥面性能研究

提出一种钢-超薄UHPC（Ultra-High Performance Concrete）层轻型组合桥面,既使得该组合桥面能运用于铺装层较薄的桥面结构,又降低了正交异性钢桥面的疲劳开裂风险,避免了沥青铺装的病害问题。以某大桥为工程背景,从有限元分析和试验两方面对此结构的性能进行研究。结果表明：35 mm UHPC层对正交异性钢桥面板受力性能改善明显,顶板应力幅下降达到68.72%,U肋和横隔板接近14.74%~34.11%,可大大降低钢桥面板疲劳开裂风险。试验得出的UHPC层横桥向开裂强度26.3 MPa,大于有限元计算下车辆荷载作用产生的最大应力7.36 MPa,证明了此组合桥面结构的可行性。

钢桥面-超薄UHPC-TPO组合铺装体系抗弯疲劳性能研究

基于损伤-断裂力学理论和Miner线性累计损伤理论,分别建立铺装新体系的疲劳寿命预估模型,并通过室内抗弯疲劳试验验证了两种模型的差异。研究结果表明:预测实际钢桥面-超薄UHPC-TPO铺装体系的疲劳寿命时,相比Miner理论,采用损伤-断裂力学模型得到的结果更为合理,预估疲劳寿命为1 446.57万次。同时,疲劳试验结果表明,两个试件分别经历390.7万次和430.1万次疲劳循环后的刚度平均下降11.4%,剩余强度平均下降13%,抗弯疲劳性能良好。

装配式钢-UHPC组合桥面板试设计及性能研究

针对钢-UHPC组合桥面板使用传统机械剪力连接件的不足,提出一种装配式钢-UHPC组合桥面板。为给该装配式组合桥面板的设计和应用提供依据,以国内某大跨度扁平钢箱梁桥为依托,将该桥钢桥面板改为装配式钢-UHPC组合桥面板进行试设计,并采用ANSYS建立主梁节段空间有限元模型,对试设计的装配式组合桥面板的受力性能进行研究。研究结果表明:装配式组合桥面板中,UHPC层的横桥向拉应力和粘结层的横桥向剪应力是结构计算的控制指标;在装配式组合桥面板结构中,UHPC层受到的最大拉应力为10.87 MPa,粘结层受到的最大剪应力为0.97 MPa,材料均能满足结构的受力要求;装配式组合桥面板的钢面板最不利构造细节的最大应力幅仅为纯钢桥面板的1/5,说明装配式组合桥面板结构可满足实际桥梁需求且可有效地避免纯钢桥面疲劳开裂等病害。

钢简支梁的新型桥面连续结构抗弯性能试验研究

简支梁桥桥面伸缩缝多,导致行车不舒适,因而多跨简支梁采取桥面连续的措施被广泛应用。海南铺前跨海大桥引桥跨越地震带,为提高行车舒适性,同时达到强震下保护钢梁梁体的目的,文章提出受力性能优良、易修复的钢-STC(super toughness concrete,简称STC)轻型组合简支变桥面连续结构。为探明该简支梁的新型桥面连续结构的抗弯性能,设计两种方案,并对两种方案分别开展负弯矩区足尺模型试验。结果表明,方案2的裂缝开展集中在螺栓连接带区域,而方案1螺栓带STC基本无裂缝发展。从破坏模式看,方案1为U肋受压屈服,螺栓未剪断;方案2为螺栓剪断,U肋未屈服,这意味着在强震下简支变桥面连续结构可保护钢箱梁主体结构。通过有限元软件对试验进行仿真模拟,计算结果与试验结果吻合良好。在此基础上,对两种桥面连续结构方案进行实桥有限元计算,结果表明,两种方案均能满足正常使用极限状态的使用要求,但方案2中STC层的抗裂安全系数(21.4MPa/19.7MPa=1.09)高于方案1(22.4MPa/22.0MPa=1.02)。通过计算两个方案的设计弯矩,并与试验得到的极限抗弯承载力比较,方案1和方案2的承载力系数分别为1.1和1.8,方案2高于方案1。同时计算得到两个方案的转角刚度基本持平,均高于原简支梁设计方案。综合试验结果和计算结果,方案2优于方案1,目前该方案已应用于海南铺前跨海大桥的引桥工程中。

钢桥面铺装层组合结构性能研究

针对钢桥面铺装层普遍存在的推移、拥包、车辙、开裂等耐久性问题,提出"剪力钉+钢筋网+高韧性轻质混凝土下层+高粘高弹防水粘结应力吸收层+高粘高弹SMA磨耗层"的高耐久铺装层组合结构,对小比例尺铺装组合结构模型的高温稳定性能、层间粘结性能和疲劳性能进行了研究,成功应用于枝城长江大桥维修加固工程,研究结果表明,高耐久铺装层组合结构具有优异的粘结抗剪性能、高温稳定性能与抗弯拉疲劳性能,研究成果可为我国钢桥面铺装领域提供技术支撑。

钢-UHPC轻型组合桥面受模拟行车扰动后抗裂性能研究

为探明钢-超高性能混凝土(Ultra-HighPerformanceConcrete,UHPC)轻型组合桥面结构在施工中受行车扰动后的抗裂性能,以重庆鱼嘴长江大桥为背景,进行了理论和试验研究.首先通过有限元计算获得施工中行车引起的UHPC层顶面最大拉应变(以下简称扰动幅度),计算结果表明:该桥UHPC层在施工中受到的最大纵、横向扰动幅度分别为144με和60με;接下来,依照实桥结构,设计并制作6个模型试件;然后,将试件平均分为两组,每组设1个不受扰动的对照试件和2个在UHPC凝结过程中接受扰动的扰动试件,两组试件的设计扰动幅度分别为160με和240με;最后,通过四点负弯矩静力试验对比了对照试件和扰动试件的抗裂性能.试验结果表明:幅度不大于160με的扰动对试件的抗裂性能无明显影响;幅度大于160με的扰动对试件的UHPC层造成损伤,导致试件的名义开裂强度降低,因此,建议在实桥施工过程中将行车扰动幅度的限值取为160με.

高速铁路钢结构桥梁桥面结构布局探讨

在总结分析国内外钢结构桥梁桥面结构使用情况的基础上 ,借鉴国外高速铁路钢桥桥面结构设计使用经验 ,拟定了适用于我国高速铁路钢结构桥梁的桥面结构型式 ,并对其受力特性及其自重和用钢量进行综合分析比较 。

钢桥面铺装层结构设计指标近似计算新方法

在行车荷载作用下,钢桥面铺装层的受力与变形较一般公路沥青路面或机场道面复杂得多,也是钢桥面铺装层结构设计的一个重要因素。从使用条件、工程实践、试验研究和受力特点等角度出发,提出钢桥面铺装层结构设计指标:一是铺装层拉应力,二是铺装层表面局部挠跨比。采用有限元方法建立在车载作用下钢桥面铺装层的力学响应计算模型。在结构设计参数常用取值范围内,对不设纵隔板和设置纵隔板两种常用钢桥面铺装层的结构设计指标关键影响因素进行正交敏感性分析。同时,通过逐步线性回归方法拟合出钢桥面铺装层结构设计指标的近似计算公式。得到的近似计算公式的精度检验和工程实例分析结果表明,近似计算公式精度很好,满足工程设计和理论研究的需要。研究结果可为钢桥面铺装层结构设计提供近似计算的新方法。