考虑二次受力的UHPC加固RC墩偏压极限承载力

为揭示考虑二次受力UHPC加固桥墩偏压受力的损伤机理和极限状态,设计制作了UHPC加固RC墩和未加固墩构件,并进行了相应的试验研究和理论分析,并与未加固墩进行了比较。开展了考虑二次受力的UHPC增大截面法加固RC桥墩的小偏压试验,研究了不同初始受力条件下加固墩的破坏模式和极限承载力。结合有限元模型讨论了UHPC抗压强度、加固层的厚度和配筋率对极限承载力的影响。根据极限状态下的受力特性和平衡关系,推导了UHPC加固RC墩偏压极限承载力计算公式。结果表明:UHPC搭配钢筋网加固墩小偏压承载力与未加固墩相比,提升幅度达到了183%以上。UHPC强度对试件极限承载力的影响较大,UHPC厚度增大对加固试件承载力提高也较明显,加固层配筋率对构件承载力的提高影响较小。初始荷载的增大会降低原墩的混凝土利用率,降低加固墩的极限承载力。所提出考虑二次受力公式的计算承载力与实测值误差在3%之内,与有限元计算值误差在8%之内,具有较高的计算精度。研究结果可以为UHPC加固RC墩偏压承载力计算提供理论依据。

桥底复杂环境下基于UHPC加固T型梁桥施工技术

依托广东省农村公路桥梁安全保障整治工程项目,针对本工程施工环境复杂、造价成本要求低等状况,使得增大截面法、粘贴加固法无法适用于本项目T型梁危桥加固,对此提出了一种UHPC薄层加固T型桥梁的施工技术,基于UHPC高强度、高耐久性的优越材料性能,解决了增大截面法、粘贴加固法的不足之处。同时,在施工过程中创新应用了植筋、空中反吊式操作平台、混凝土新型浇筑、模板免支撑等技术,可大幅提高结构承载力,避免了桥底环境对施工带来影响,提升了施工效率,为该加固技术的推广应用提供了解决思路。

UHPC加固钢筋混凝土简支梁后可靠度分析

为了研究超高性能混凝土(UHPC)加固后的可靠性,提出UHPC加固截面后的抗弯承载力计算模型,并结合现存试验结果验证模型的适用性。通过UHPC增大截面加固RC简支梁算例,结合误差传递公式,考虑各种因素的不确定性,最后运用JC验算点法获得加固前后的可靠度大小,深入分析UHPC加固对结构可靠度的提升效果以及相比于普通混凝土加固后可靠度的提升,并且考虑了加固厚度及配筋的影响。研究结果表明:UHPC加固可对结构可靠度有大幅的提升;相对于普通混凝土加固,可靠度性能也有明显的提升;加固层厚度在一定范围内对可靠度指标呈正相关提升,且UHPC层中添加适量的配筋可以有效地提升可靠度指标。

UHPC加固铁路隧道衬砌结构施工技术

针对超高性能混凝土(UHPC)在铁路隧道衬砌加固中的应用,介绍了模板支护现浇法和预制装配式套拱法两种施工方法,并对比分析了两种施工方法的施工工艺流程和施工技术要点。结果表明:模板支护现浇法的适用范围较广,但对施工环境、施工技术要求较高,且工期较长;预制装配式套拱法施工时不受环境影响,工期较短,但成本相对较高。

重度疲劳开裂钢桥桥面的UHPC加固技术

武汉军山长江大桥在服役17年后,桥面板出现了严重的疲劳开裂问题,难以修补,为此提出一种钢桥面板不修补,上铺带横向钢板条的UHPC桥面加固方案。以军山长江大桥为研究背景,应用子模型技术对比计算了钢面板重度开裂时纯钢梁和加固后钢面板的应力状态;制作了双层钢筋网+UHPC的传统轻型组合桥面结构与钢板条+UHPC及三层钢筋网+UHPC两类新型加固结构,开展了横向抗弯静力试验及疲劳试验。研究结果表明:采用UHPC加固技术后,正交异性钢桥面的疲劳应力大幅度下降,其中钢面板-U肋焊趾处的横向拉应力沿纵、横桥向的分布降幅达78.8%~86.4%;UHPC拉应力方面,由于钢面板不修补,UHPC层下缘拉应力高达12.9MPa,UHPC层下缘布置80mm宽间距200mm的钢板条后,其底面名义开裂应力可达43.2MPa,远高于设计拉应力,钢板条+UHPC的钢桥面加固方案经过应力幅22MPa的1000万次疲劳试验,UHPC层具备800万次疲劳寿命(裂缝宽度小于0.05mm),且刚度无折减,因此可作为永久结构层与重度开裂的钢桥面构成轻型组合桥面结构,经UHPC加固后,原钢桥面的疲劳裂缝有望不再发展。

纵向弯曲作用下UHPC加固钢桥面板焊接节点疲劳性能研究

针对正交异性钢桥面板容易发生疲劳开裂的问题,对超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)加固正交异性钢桥面板开展疲劳试验研究,得到了典型U肋-盖板-横隔板(RDF)焊接节点的热点应力、疲劳寿命、裂纹扩展以及刚度退化等关键性能指标。结果表明,与RDF裸板试件相比,UHPC加固试件关键区域热点应力水平显著降低,试件刚度退化速度明显减缓,试件疲劳承载力提高。

考虑二次受力的UHPC加固RC桥墩轴压承载力研究

为解决素超高性能混凝土(UHPC)在钢筋混凝土(RC)桥墩加固中出现的脆性破坏问题,以初始应力水平为参数,设计3根矩形RC桥墩试件(1根未加固,2根采用内置钢筋网的UHPC加固)进行桥墩轴压承载力研究。考虑实际桥墩加固存在的二次受力情况,通过轴压极限承载力试验分析其破坏过程和承载性能;采用Abaqus软件建立试件有限元模型,分析UHPC加固厚度和抗压强度对试件轴压极限承载力的影响;根据试验和有限元分析结果,提出当UHPC加固厚度大于界限厚度时的UHPC加固桥墩的轴压极限承载力简化计算公式。将公式的计算值与试件的试验实测值、有限元计算值进行比较,结果表明:与未加固桥墩相比,2根UHPC加固桥墩的轴压极限承载力分别提升了173%、159%,UHPC加固桥墩的轴压极限承载力随初始应力水平的提高而降低;UHPC加固桥墩的轴压极限承载力随UHPC加固厚度和抗压强度的增大而增大;所提出公式的计算结果具有较高的计算精度,可为二次受力状态下UHPC加固RC桥墩的轴压极限承载力计算提供理论依据。

UHPC增强短搭接RC构件承载力可靠度分析与加固建议

基于可靠度研究超高性能混凝土(Ultra‐High Performance Concrete,UHPC)增强钢筋短搭接RC构件的失效模式与承载力特征。首先阐述了UHPC加固机理,建立了包含活恒荷载效应比、搭接系数m、UHPC强度、混凝土强度、钢筋型号、考虑水平地震作用的弯矩效应比和轴力效应比等关键参数的设计空间;确立分析RC构件承载力可靠度的功能函数,运用Monte Carlo法对设计空间中的关键参数组进行可靠指标计算,然后进行关键参数敏感性分析和计算结果拟合分区。结果表明:设计空间关键参数中,搭接系数、效应比、配筋率、钢筋型号和UHPC强度对可靠指标的影响均显著;UHPC不仅具有良好的承载力增强能力,还能改变失效模式,梁和柱屈服时可靠指标分别提高109.6%和12.9%,屈服时搭接系数分别为0.58和0.57;对于受弯RC梁(压弯柱),m>0.67(0.65)时,钢筋基本能屈服,建议采用UHPC加固;0.50(0.49)<m≤0.67(0.65)时,存在钢筋屈服和粘结失效两种情况,建议谨慎加固;m≤0.50(0.49)时,容易发生粘结失效,不建议采用UHPC加固。

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。

卸载下超高性能混凝土加固盾构隧道数值模拟

为探究旁侧基坑开挖卸载扰动下超高性能混凝土(UHPC)加固盾构隧道的受力变形特征,采用MIDASGTSNX软件构建盾构管片三维精细化有限元模型,通过管片加固前后的收敛变形、螺栓应力、管片塑性变形等依据来评估UHPC对管片的加固效果。研究表明UHPC加固对管片顶底收敛变形起有效限制作用,UHPC加固能够提高结构整体受力性能,且最大加固效率达50%;UHPC加固管片后,单环管片内邻接块与标准块间剪切作用的影响得到有效降低,管片接缝处变形受到限制;UHPC加固前后,管片塑性发展敏感区主要分布于左右腰部,可对这些位置采取局部加强措施。

超高性能混凝土加固柱轴心受压承载力计算方法研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)加固圆形截面柱轴压力学性能,以有限元软件ABAQUS分析为主要研究手段,以箍筋直径、箍筋间距和高径比为变化参数进行了13个试件的有限元分析,探讨各参数对UHPC加固圆形截面柱轴压力学性能的影响,研究极限承载力计算方法,提出实用设计公式.随着箍筋间距、高径比的增大,极限承载力出现了不同程度地退化,随着UHPC厚度和箍筋直径的增大试件极限承载力有所提高.基于约束混凝土理论提出的UHPC加固圆形截面柱轴压极限承载力计算方法有较好的适用性.

某砖混结构砖砌体墙UHPC抗震加固设计与分析

某既有砖混结构住宅楼经过鉴定,墙体普遍竖向承载力及抗震承载力不满足要求,必须进行墙体加固。依据现有加固规范及加固方法,对比分析了砖砌体墙抗震加固方法的适用性,得出UHPC面层加固法显著提高墙体的承载能力和变形性能。通过提出具有抹面工作性的UHPC配合比,进行了墙体面层加固设计,并阐述UHPC加固砖砌体墙的施工步骤及避免墙体剥离的加固构造措施。结果表明,加固后砖墙的受压及抗震承载力能够达到设计要求且减少上部墙体自重。

植筋参数对UHPC-石材界面抗剪性能的影响研究

在桥梁结构的加固工程中,植筋是最常用的界面连接增强措施。为明晰UHPC加固石砌结构植筋界面的力学性能,通过30个UHPC-石材组合试件推出试验,研究不同界面植筋率、植筋深度和植筋间距对UHPC-石材界面抗剪性能的影响,分析不同植筋参数下组合试件的裂缝开展及分布情况和荷载-滑移曲线特征。结果表明:(1)未植筋UHPC-石材组合试件的破坏模式均为脆性破坏,而植筋试件则主要表现为以界面滑移和石材局部劈裂为主要特征的延性破坏模式,石材表面裂缝形态均呈现“八”字形的斜向裂缝;(2)当植筋率小于0.29%时,组合试件的界面抗剪强度和延性随植筋率的增大而逐级提升,植筋率为0.09%、0.19%和0.29%的抗剪强度分别是未植筋组合试件的1.54倍、1.98倍和2.66倍;当植筋率继续增大时,UHPC-石材界面强度却出现降低的趋势;(3)植筋深度和植筋间距对组合试件界面抗剪强度影响较小,而对UHPC-石材界面延性影响较大;(4)基于试验结果和有限元分析,建议UHPC加固石砌体结构中带肋钢筋的最大锚固长度为10d(d为钢筋公称直径),植筋间距取50~100mm较为合理;考虑安全和经济等因素,建议UHPC与石材的界面最优植筋率为0.29%,而UHPC加固层厚度以50mm为宜。

地面堆载下盾构隧道不同加固方法的加固效果研究

为研究地面堆载作用下不同加固措施对盾构隧道管片的加固效果,采用有限元进行模拟,设计一组室内模型试验,将相同工况下试验与有限元得到的隧道沉降与变形结果进行对比,以验证有限元模型的可靠性。使用验证后的有限元模型模拟隧道周边注浆加固、内钢圈加固与UHPC加固,分析在地面堆载工况下隧道的沉降与管片变形情况。有限元结果表明:1)采用注浆方法对隧道周边土体进行加固,可以使隧道在堆载作用下的竖向变形比未加固时的竖向变形减小很多,且对隧道沉降有一定抑制作用;2)采用内钢圈与UHPC加固隧道内壁,可以明显降低隧道在堆载作用下的竖向变形,但对隧道沉降影响较小。

既有整毛石砌体墙的墙体加固技术分析

石砌体房屋在福建地区广泛分布和使用,其砌筑方式及砂浆强度低导致既有石砌体墙抗震性能差,需要进行合理加固以提高抗震性能。通过分析近年来石砌体墙加固技术,如钢筋混凝土面层加固、钢筋网水泥砂浆面层加固、粘贴纤维复合材料加固等方法,总结各加固技术对承载能力及抗震性能的影响,提出采用UHPC加固石砌体墙,为既有石砌体墙加固工程提供新方法。

斜拉桥钢箱梁的检测与修复方法综述

通过调研与分析,总结了斜拉桥钢箱梁桥面板的病害特征及病害成因。结合当前常用的检测技术,提出了钢箱梁桥重点检测的部位和检测周期,并归纳了斜拉桥钢箱梁的检测方法。针对斜拉桥钢箱梁桥面板易出现病害的问题,建议把原铺装层改用超高性能混凝土(UHPC)铺装层,运用该方法对改善斜拉桥钢箱梁桥面板的整体刚度和受力情况具有良好效果。

钢板条-UHPC组合桥面结构静力及疲劳试验

应用UHPC加固正交异性钢桥面时,由于钢面板存在贯穿型裂缝导致UHPC底面抗裂无法满足要求,提出一种新型钢板条-UHPC组合桥面结构。对12个正弯矩作用下钢板条-UHPC组合桥面构件进行静力参数试验,讨论构件的破坏模式及裂缝的发展与分布;对4个构件进行抗弯疲劳试验,研究构件在不同荷载幅作用下的刚度衰减、裂缝扩展、剩余强度,并提出适用于该类构件的S-N曲线。研究结果表明:带钢板条构件裂缝宽度达到0.05mm时,具备超过20.1~28.0MPa的名义开裂强度,相比无钢板条构件的7.2~9.7MPa,对UHPC的抗裂性能强化作用明显;提高钢板条宽度对于UHPC的开裂抑制作用明显,可有效降低平均裂缝间距而延缓裂缝宽度的持续扩展;提高钢板条宽度与UHPC层厚均可大幅提高组合桥面构件的刚度,使得构件在弹性极限后进入更高的强化阶段;钢板条-钢面板连接方式对于构件的破坏模式和裂缝发展无影响;荷载比S≤0.43时,构件在1000万次疲劳作用后,刚度未现折减,裂缝宽度仅0.03mm,可认为当S<0.43时,构件具备无限疲劳寿命;S≥0.76时,构件早期存在极高的损伤积累,当刚度开始衰减后,短期内即会达到疲劳寿命极限;对于S为0.43~0.76的构件,UHPC裂缝扩展缓慢,开裂后在短期内不会出现明显刚度衰减,剩余疲劳寿命较高;直接采用目前的疲劳寿命评估方法对4个构件的进行评估,结果差别较大;结合试验结果,提出了针对钢板条-UHPC组合构件的S-N曲线,可为类似结构的疲劳寿命评估提供参考。