焊钉布置对钢-超高性能混凝土组合桥面板收缩效应影响

为探究不同焊钉布置对钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板收缩效应的影响规律,进行了常温养护条件下焊钉间距分别为200 mm和300 mm的足尺节段组合桥面板收缩监测试验,并利用有限元分析软件对试验模型进行了收缩模拟,在此基础上开展了不同焊钉间距下组合桥面板收缩效应的参数化分析。试验监测结果表明:试验中UHPC初凝时间约为17 h。钢-UHPC组合桥面板边缘区域UHPC收缩量较中心区域更大,前72 h最大收缩量约为450×106;当焊钉间距从200 mm增加到300 mm后,UHPC受整体约束减弱,其中钢板约束作用下降,最大压应变减小约51.6%;钢筋约束作用增强,最大压应变值增加约42.9%。有限元分析表明:UHPC与钢板端部界面处应变差增加20.9%,滑移最大处焊钉剪应力增加64.7%。参数化分析可知:当焊钉间距从100mm增加至400 mm时,跨中UHPC拉应力减小3.7%;跨中钢板压应力减小17.8%,钢筋压应力增加86.3%。以上结果表明焊钉间距增加使钢与UHPC之间组合作用减弱的同时,引起了结构次内力的分布变化,UHPC与钢结构的次内力减小,钢筋承担的约束作用增强,压应力增大。适当地增加焊钉间距可以减小收缩引起UHPC拉应力和钢结构次内力,但需要注意组合作用减弱对力学性能的影响。

浅谈波形钢-超高性能混凝土组合桥面板的界面剪力计算方法

桥面板的工作状态对桥梁结构的安全性、耐久性及行车的舒适度有着至关重要的影响。在桥梁工程中,桥面板最常见的结构形式主要有钢筋混凝土桥面板、钢桥面板和钢-超高性能混凝土组合桥面板。为了提高桥梁结构的整体受力性能,提出了具有自重轻、承载力高的波形钢-超高性能混凝土组合桥面板遥针对该桥面板的界面受剪性能,研究了波形钢-超高性能混凝土组合桥面板的界面剪力计算方法。

波形钢-混凝土组合桥面板力学性能研究综述

介绍了波形钢-混凝土组合桥面板在实际工程中的应用概况及力学性能研究现状。研究成果表明:(1)与混凝土桥面板相比,该新型组合桥面板自重轻,且具有较高的抗弯承载力和刚度;与钢桥面板相比,该新型组合桥面板抗疲劳性能优异。基于以上优点,该新型组合桥面板具有广阔的应用前景。(2)目前针对波形钢-普通混凝土组合桥面板开展的研究主要集中在组合桥面板的静力性能上,需要对其疲劳性能开展更多的理论及试验研究;目前针对波形钢-超高性能混凝土组合桥面板的相关研究较少,需要对其开展更多的静力性能和疲劳性能研究。(3)将超高性能混凝土应用于该新型组合桥面板中,合理选择剪力连接件型式,在保证波形钢板与混凝土之间可靠连接的前提下,进一步减少焊缝数量,提高其抗疲劳性能,是该新型组合桥面板的发展方向。

超高性能混凝土铺装层对钢桥面板疲劳性能影响

目的以港珠澳大桥钢箱梁为例,在面板上增加一层超高性能混凝土形成钢-UHPC组合桥面板,分析超高性能混凝土层对钢桥面板各细节疲劳性能的影响.方法利用有限元软件ABAQUS建立带UHPC铺装层和不带铺装层的局部钢箱梁节段模型.结果对于加了UHPC铺装层的正交异性钢桥面板,纵肋与盖板连接处盖板纵向处的最不利细节横向位置及对应的最不利横向加载点均未发生变化;纵肋与盖板连接处纵肋纵向处、纵肋与横隔板连接处纵肋腹板处和纵肋与横隔板连接处横隔板腹板处的最不利细节横向位置未发生变化,但其对应的最不利横向加载点发生变化;横隔板腹板切口自由边和纵肋下缘对接焊缝处的最不利细节横向位置及对应的最不利横向加载位置均发生了变化.结论UHPC层大幅度增加了钢桥面板的刚度,进而大大降低了各疲劳细节的应力幅水平,减少了各细节发生疲劳开裂的几率.

短焊钉布置对超高性能混凝土组合桥面板抗弯性能影响

为考察短焊钉连接件布置对钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板抗弯性能的影响,进行了焊钉间距分别为200与300 mm的2种足尺节段桥面板试件弯曲荷载试验和基于UHPC塑性损伤模型的有限元参数化分析。试验结果表明:在部分组合桥面板中,焊钉间距由200 mm变为300mm,UHPC开裂达0.05 mm宽时对应的荷载等级提升了12.5%,主要贡献是钢-UHPC组合效应减弱。UHPC开裂达0.10 mm宽时的拉应变平均值为1878×10^(-6),占材料极限拉应变的59%。参数化分析结果表明:焊钉间距由100 mm增大至400 mm导致组合桥面板弹性阶段抗弯刚度下降了14.1%,但开裂荷载等级提升了84.2%。短焊钉间距增大使部分组合桥面板结构受力趋向于更为经济,但需注意过大的焊钉间距会导致焊钉疲劳破坏。

钢-超高性能混凝土组合板连接件的抗剪性能

为研究钢?超高性能混凝土组合桥面板栓钉连接件的抗剪承载力,采用ABAQUS有限元软件进行了推出试件试验过程的非线性数值模拟。通过荷载?相对滑移曲线,分析验证了该数值模拟方法的有效性,研究了推出试件中超高性能混凝土强度、栓钉直径和长度等参数对栓钉连接件的抗剪承载力的影响。研究结果表明:栓钉连接件的极限抗剪承载力随着超高性能混凝土强度的提高、栓钉直径和长度的增加而增加,栓钉连接件的极限抗剪承载力与栓钉直径呈现线性近似关系。相比栓钉直径和长度,超高性能混凝土抗压强度的提高对栓钉连接件抗剪承载力的影响相对较小。

T型加劲肋钢顶板-纤维混凝土组合桥面板疲劳性能分析

为研究T型加劲肋钢顶板-纤维混凝土组合桥面板疲劳性能,以某座T型加劲肋钢顶板-纤维混凝土组合桥面板体系的连续钢箱梁桥为研究对象,进行局部足尺模型的疲劳性能试验,并建立有限元模型。在验证有限元模型正确的基础上,通过有限元模型计算,确定组合桥面板疲劳细节最不利位置,并对比各疲劳细节最不利位置刚度、热点应力以及应力集中系数,分析混凝土桥面板和栓钉布置形式对组合桥面板疲劳性能的影响。研究结果表明:通过局部足尺模型试验的实测数据,验证了有限元模拟方法的相对误差均不超过10%,具有较好的精度;与无混凝土板的纯钢T型加劲肋钢桥面板试件模型相比,铺设混凝土组合桥面板试件的整体刚度更高,并且大幅降低了各疲劳细节的热点应力;采用“错焊”栓钉布置形式,可以有效降低钢顶板与T肋的双面角焊缝处应力集中系数,最大减幅接近20%,建议在实际工程中应避免将桥面板栓钉“正焊”于T肋上方。

西江二桥钢-超高性能混凝土轻型组合梁设计研究

广西藤县西江二桥南桥为采用型钢-超高性能混凝土(UHPC)组合桥面板的斜拉桥。该文对大桥进行了结构优化设计、结构计算分析以及桥面板模型试验。结果表明:型钢-UHPC组合桥面板结构设计新颖合理,受力性能优异,且能大幅度节省大桥工程材料用量及后期管养成本,提高施工便利性,加快施工进度。

钢-超高性混凝土组合梁桥华夫桥面板性能研究

为解决传统钢混组合梁桥桥面板易开裂、钢桥面铺装破损等技术难题,将超高性混凝土(UHPC)桥面板与钢梁组合构成钢-UHPC组合梁桥。其力学性能优良,是1种全寿命周期内极具竞争力的新型组合桥梁形式。通过进行UHPC华夫板有限元计算,设计了9个足尺条带模型试验予以研究。试验分析表明:UHPC构件正弯矩试验荷载-位移曲线大致分为线弹性阶段、弹塑性阶段、宏观裂缝开展阶段及屈服阶段,在线弹性阶段时,其刚度及极限抗弯承载力随配筋率增加而增加,弹塑性阶段后,端钩形纤维梁比直线型纤维梁刚度稍大;端钩型纤维UHPC构件较直线型纤维UHPC构件具有更优越的受力性能。端钩型纤维UHPC试件开裂应力19.4 MPa,是华夫型UHPC桥面板设计应力9.96 MPa的1.95倍,足以满足正常使用状态裂缝宽度要求:UHPC构件延性很好,在正负弯矩加载工况下,直线型纤维和端钩型纤维UHPC构件均具有较高的持载能力。

钢-超高性能混凝土组合板横向受弯静力试验及有限元模拟

为了研究钢-超高性能混凝土(UHPC)组合板的受弯性能,开展8块该类组合板的受弯试验,分析正、负弯矩作用下的受弯破坏开展全过程.在正弯矩作用下,组合板受弯破坏经历了线弹性阶段、裂缝开展阶段和屈服阶段,结构刚度两次衰减的拐点分别是界面滑移与钢板屈服,结构破坏时加载点附近UHPC局部压碎且剪弯段及端部界面出现脱空现象;在负弯矩作用下,UHPC层出现横向裂缝导致结构刚度第一次下降,随着裂缝的发展,截面内力重分布使得钢筋应力持续增大直至屈服,最终主裂缝宽度过大导致结构刚度严重衰减,组合板因UHPC层受拉断裂而破坏.采用有限元软件ABAQUS,建立非线性有限元模型.模型中考虑界面接触、材料非线性、混凝土损伤塑性模型等,模拟试验全过程.在与试验结果进行对比分析的基础上,分析影响钢-UHPC组合板抗弯性能的主要因素,包括界面黏结方式、纵筋配筋率、栓钉数及布置,研究这些因素对组合板抗弯极限承载力、结构刚度、跨中挠度等力学性能的影响.

超高性能混凝土-普通混凝土组合梁桥界面抗滑移试验与分析研究

UHPC(超高性能混凝土)作为一种新型混凝土材料,具有抗拉压强度高、耐久性好、变形性能优异的特点。为克服UHPC生产工艺复杂、制作成本较高的缺点,提出一种UHPC主梁由工厂预制,NC(普通混凝土)桥面板现浇而成的新型组合桥梁。然而,UHPC-NC组合构件叠合面的力学行为是决定2种材料能否良好共同工作的关键因素。为了研究具有抗剪箍筋作为连接件的组合梁的界面抗滑移性能,对10组UHPC-NC叠合试件进行了推出试验,研究了抗剪箍筋的数量、结合面的粗糙程度、普通混凝土的强度等级、钢纤维的形态等因素对界面粘结强度的影响。结果表明配置一定量的抗剪箍筋、对界面进行凿毛处理、提高NC强度等级可以显著提高界面的抗剪极限承载力,而钢纤维的形态对承载力几乎没有影响。采用ABAQUS有限元软件对试验过程进行了分析,得到了一个典型试件的粘结滑移曲线及理论抗剪承载能力。实测结果与计算结果吻合较好,表明超高性能混凝土和普通混凝土叠合构件具有良好的协同工作性能。

超高性能混凝土翼板-窄幅钢箱组合梁双重组合作用试验与有限元分析

对于部分填充混凝土式窄幅钢箱连续组合梁裂缝控制问题,对3根混凝土翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁进行了静力加载试验。试验结果表明:组合梁负弯矩区承载性能得到明显改善,但翼板裂缝控制效果不明显。基于超高性能混凝土(UHPC)良好的裂缝控制能力提出将部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁翼板替换为UHPC翼板,形成UHPC翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱连续组合梁。采用ABAQUS有限元软件建立了5种组合梁的精细化模型,分析了组合梁全过程受力性能。结果表明,UHPC翼板-部分充填混凝土式窄幅钢箱组合梁的开裂弯矩与截面承载能力显著提高,各组合梁翼板与钢梁交界面间的滑移差距不大。考虑到经济因素,为提升组合梁负弯矩区截面的开裂弯矩,应适当增加UHPC的板长,减小板厚。

高性能混凝土在钢桥面铺装中的应用研究进展

高性能混凝土因其优异的力学特性和耐久性能而具有广阔的应用前景,其中最受瞩目的是超高性能混凝土(UHPC)和应变硬化水泥基复合材料(ECC),将其与钢桥面板的组合是近年来桥梁工程中新材料应用的典型范例。通过对钢-高性能混凝土组合桥面板的静力抗弯性能、疲劳性能、界面抗剪性能和负弯矩区抗裂性能等方面的研究和相关设计规范进行了归纳总结,提出目前高性能混凝土在钢桥面铺装中应用亟待解决的系列问题,为相关领域的研究和工程应用提供参考。

刚性基层对正交异性钢-混凝土组合桥面板受力性能影响

文章提出在正交异性钢桥面板上铺设刚性基层的正交异性钢-混凝土组合桥面板结构,并依托广东某曲塔曲梁钢混混合梁斜拉桥,采用有限元分析方法,重点研究了该组合桥面板在车轮荷载作用下3个关注点应力及对应的应力集中系数,并比较分析了刚性基层厚度和弹性模量对关注点应力及应力集中系数的影响。得出如下结论:铺设刚性基层的正交异性钢-混凝土组合桥面板刚度明显提高,轮压荷载下关注点应力降低,且关注点3处应力降幅较其他2个关注点小;铺设刚性基层能降低关注点1和关注点2处应力集中系数,但是关注点3处应力集中系数反而提高;刚性基层厚度增加,关注点应力值降低,但应力集中系数增大;刚性基层弹性模量增加能降低组合桥面板极值应力及关注点应力,降低关注点应力集中系数,但刚性基层自身拉应力增加。

超高性能混凝土组合桥面板集群化短焊钉抗疲劳特性

进行4个单钉和2个群钉疲劳推出试验,将短焊钉疲劳寿命与国内外规范中的焊钉S-N曲线进行比较,并结合塑性损伤有限元模型展开分析。结果表明:短焊钉疲劳破坏表现为根部剪断和周围超高性能混凝土(UHPC)局部压溃;集群化短焊钉疲劳寿命较单钉减少26.9%,在疲劳加载过程中抗剪刚度退化显著快于单钉,当加载次数达到疲劳寿命的12.0%附近时,抗剪刚度比减小至16%左右;AASHTO规范有较大的安全储备,相比之下日本规范(JSCE)与试验结果最为接近,安全富余较少。此外,疲劳荷载下集群化短焊钉根部循环应变幅大于单钉,而且周边UHPC的塑性损伤累积分布更大。

80m连续钢桁梁钢板-混凝土组合桥面板的设计分析

钢板-混凝土组合桥面板是轻薄型桥面板,混凝土用量低、承载能力高、施工无模板化、经济效益突出,能够适用于丰富的桥型和满足更大跨径桥梁的需求。以某80m连续钢桁梁为例,结合板桁组合结构的受力特性,对各个体系的受力情况进行具体分析,探讨钢板-混凝土组合桥面板在山区钢桁梁桥中的设计与应用。

钢-混凝土组合梁桥负弯矩区高性能材料试验研究

针对钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土板开裂问题,为研究在钢-混组合梁负弯矩采用UHPC、ECC高性能混凝土材料的有效性和可行性,对三片采用不同材料的缩尺试验梁负弯矩区的力学性能进行研究,得到了以下主要结论:组合梁负弯矩区使用高性能混凝土后,组合梁的刚度有一定提高;相较于使用普通混凝土,使用高性能混凝土后的负弯矩区域裂缝分布均匀,不再集中分布于加载点附近,卸载后最大裂缝宽度出现闭合趋势,大量的微裂缝已经闭合,最大裂缝宽度显著减小。

钢-混凝土组合桥面板试验研究与理论分析

为了考察钢-混凝土组合桥面板的整体工作性能,对1块简支钢-混凝土组合桥面板进行了试验,探讨了开孔钢板型剪力连接件的工作性能和混凝土中添加钢纤维的增强作用.在试验结果的基础上,引入混凝土和钢材的本构关系,并考虑钢纤维和贯通钢筋的影响,对试验进行了理论分析.结果表明:界面滑移出现在破坏阶段,说明此种剪力连接件能保证桥面板的整体工作性能.

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。

考虑刚度折减的钢-混凝土组合桥面板挠度分析

进行了一榀钢-混凝土组合桥面板的足尺试验,剪力连接件采用PBL。在经典板理论的基础上,开展了组合桥面板的理论分析研究。探讨了荷载的傅里叶级数展开形式,得到了组合板变形的单傅里叶级数解法。结合试验结果,考察了组合板钢与混凝土之间的部分粘结性能,并引入修正后的折减系数。最后计算了钢-混凝土组合桥面板的挠度变化情况,并与试验值进行了比较,两者吻合良好。