节段预制波形钢腹板组合梁弯曲性能试验研究

为了解节段预制波形钢腹板组合梁和整体浇筑波形钢腹板组合梁弯曲性能的差异,设计了2根1∶10缩尺试验梁的静力试验,研究了接缝的存在对节段预制波形钢腹板组合梁的破坏模态和变形、不同截面上构件的应变分布、体内体外预应力束增量及极限承载力的影响.利用有限元法分析了节段数量及体内体外预应力筋配束比对节段预制波形钢腹板组合梁弯曲性能的影响.结果表明,接缝的存在对梁体初始抗弯刚度影响不大,但节段预制梁极限承载力约为整体浇筑梁的0.79倍.节段划分数目越多,节段预制梁极限承载力越小.节段预制梁预应力束增量明显大于整体浇筑梁,且体内配束占比越大,节段预制梁极限承载力越大,实际工程中节段预制波形钢腹板组合梁体内体外配束比不宜小于1.     

节段预制波形钢腹板PC组合箱梁的受力性能

为了研究节段预制波形钢腹板PC组合箱梁的力学性能,在考虑施工工艺和配束比影响的前提下,设计制作了3根缩尺模型试验梁进行受力性能试验研究.对比和分析了整体浇筑波形钢腹板PC组合梁和节段预制波形钢腹板PC组合梁力学性能的异同,提出了节段预制波形钢腹板PC组合箱梁抗弯承载力计算公式.结果表明:混凝土开裂后,节段预制梁刚度退化明显大于整浇梁,全体外配束节段预制梁刚度下降最为显著;节段预制梁钢腹板抗弯贡献明显大于整浇梁,接缝处截面尤为明显;相比于整浇梁,节段预制梁体外应力筋的应力增量较大,且增长速度快;与整体梁抗弯承载力计算公式相比,提出的节段预制波形钢腹板PC组合箱梁抗弯承载力计算公式的计算值与试验结果吻合更好.     

锈后预应力混凝土梁整体性能研究

为了了解锈后预应力混凝土梁各个部位的力学性能,通过对受损梁体内控制截面混凝土、普通钢筋、预应力钢筋的荷载-应力应变时程曲线分析,充分考虑混凝土裂缝发生后结构的应力重分布现象,得到了梁体由于耐久性引起的损伤对梁体极限承载力的影响.     

基于拉压杆模型的节段箱梁接缝边缘配筋计算方法

为防止节段预制箱梁胶接缝边缘出现斜裂缝而引起的破坏,采用数值分析和拉压杆模型的方法开展研究,揭示此类斜裂缝的开裂机理,提出节段预制箱梁接缝边缘竖向配筋以及腹板中部水平配筋的计算方法。基于笔者以及Turmo等所做的试验建立节段预制箱梁纯弯段标准节段有限元模型,进行详细数值模拟分析,得到节段预制箱梁的应力场分布;以应变能最小为优化目标,对节段预制箱梁纯弯段进行拓扑优化分析,明确荷载传递路径。根据以上弹性应力分析和拓扑优化分析结果,建立节段预制箱梁纯弯段标准节段的拉压杆模型并进行验证,定量确定节段预制箱梁边缘的竖向拉力和腹板中部水平拉力的大小,提出节段预制箱梁胶接缝边缘竖向配筋以及腹板水平配筋的计算方法和公式。最后以南京长江四桥引桥标准节段箱梁为例,利用推荐的节段预制箱梁纯弯段标准节段拉压杆模型,对节段箱梁胶接缝边缘竖向配筋及腹板水平配筋进行校核,并给出相应的配筋建议。研究结果表明:利用提出的节段预制箱梁纯弯段标准节段拉压杆模型进行节段箱梁胶接缝边缘竖向配筋以及腹板水平配筋,设计更加合理且具有理论依据,进而验证了节段箱梁接缝边缘配筋计算方法的可行性。     

分段预制拼装预应力混凝土盖梁静力性能试验

为探究采用不同胶接缝构造的分段预制拼装大悬臂PC盖梁在弯剪内力共同作用下的受力性能,结合实际工程,设计制作了1个整体预制大悬臂PC盖梁模型以及3个分别采用大键齿、小键齿和牛腿式接缝构造的分段预制拼装大悬臂PC盖梁模型（模型缩尺比例均为1:5）,并完成4个模型全过程的静力加载测试试验,获得梁体开裂荷载、极限承载力以及梁体混凝土应变分布、挠度、最大裂缝宽度等关键结果。试验结果表明：分段预制拼装盖梁模型与整体预制盖梁模型的裂缝分布形态基本相同,破坏时梁体裂缝分布稀疏,裂缝宽度较大,且破坏形式均为弯曲破坏;采用大键齿和牛腿式接缝构造的盖梁模型的开裂荷载与整体盖梁模型相同,而采用小键齿接缝构造的盖梁模型的开裂荷载仅为整体盖梁模型的81%;采用不同接缝构造的盖梁模型的极限承载力均明显低于整体盖梁模型,其中采用牛腿式接缝构造的盖梁模型的极限承载力最大,约为整体盖梁模型的84%;从极限变形能力看,采用牛腿式接缝构造的盖梁模型的极限位移达到整体盖梁模型的75%,而采用大键齿或小键齿接缝构造的盖梁模型的极限位移均低于整体盖梁模型的50%。综合结构静力性能及施工性能,牛腿式接缝构造是推荐采用的分段预制拼装大...     

体外预应力RPC箱梁受弯加载试验研究

进行体外预应力RPC箱梁模型两点对称受弯加载试验,研究了荷载-挠度曲线、截面应变、裂缝分布和破坏模式等问题,并对模型梁跨中正截面抗弯承载力进行了计算分析.结果表明,模型梁属于整体受弯破坏,采用预制节段拼装的施工方法是可行的;模型梁中混凝土对开裂弯矩的贡献明显大于同类普通混凝土梁,开裂时跨中受拉区边缘RPC应变约为普通混凝土的4~6倍;采用体外预应力提高了模型梁的开裂弯矩和增加了其延性,模型梁开裂弯矩为极限弯矩的55%;开裂时梁的跨中挠度仅为跨中极限挠度的20%;体外预应力RPC箱梁进行正截面承载力计算时应考虑RPC的受拉作用,并且可参照本文算法进行设计计算.     

节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁受弯性能试验

为充分发挥超高性能混凝土（UHPC）和普通钢筋混凝土（RC）材料在箱梁桥应用中的力学性能,开展了节段拼装预应力UHPC-RC组合箱梁的静载试验,研究其受力过程、破坏形态和裂缝开展情况。结果表明：组合箱梁经历了弹性变形、裂缝开展和结构破坏三个不同受力阶段;裂缝首先由梁跨中节段接缝张开逐步发展至顶板翼缘,梁底板和腹板均未见明显裂缝,开裂的受拉区应力主要由预应力筋承担,最大裂缝宽度随荷载增加分阶段线性增大,试验梁最终以RC顶板混凝土压溃破坏而失效;受力过程中,UHPC U型梁和RC顶板能够保持良好的协同工作;组合箱梁存在一定的剪力滞效应。     

半现浇榫卯节段预制桥墩滞回性能研究

为克服传统无粘结预应力节段预制桥墩在水平往复荷载下接缝处易出现压碎破坏、滞回性能较差的缺点,在原有桥墩基础上进行改进,采用桥墩底部塑性铰区域与承台一同浇筑、其余部分节段预制的方式,考虑混凝土塑性损伤模型进行非线性拟静力加载计算。发现此种结构对比传统节段预制桥墩滞回性能有一定提升,结构受力控制截面转变为现浇部分与节段之间的接缝,并在此基础上在节段间加入榫卯结构与耗能钢筋,进一步提升了结构的延性与极限承载力。结构的破坏形式也由接缝间因开张与闭合产生的压碎破坏转变为墩底的弯曲破坏,滞回性能大幅提升,并具有更好的整体性。     

UHPC键齿+螺栓连接接缝梁抗弯性能试验研究

为了研究预制UHPC键齿+螺栓连接接缝梁的抗弯性能,进行了6根UHPC键齿+螺栓连接接缝梁(简称接缝梁)和2根UHPC整体梁的弯曲试验,探讨梁底配筋、接缝设置钢垫板及涂抹环氧树脂胶等因素对UHPC接缝梁的破坏形式、抗弯承载力、跨中挠度、连接钢板上下缘应变和接缝相对纵向位移的影响;采用有限元软件ANSYS分析了长期压应力作用下UHPC徐变对螺栓预紧力的影响.试验及分析结果表明:UHPC接缝梁在梁底配筋不同的情况下存在接缝梁刚度突变区梁体受弯破坏和键齿楔形破坏引起的接缝破坏2种破坏模式,接缝表面涂抹环氧树脂胶对接缝梁的抗弯性能影响小,接缝两侧设置钢垫板可提高接缝的抗弯承载力,减小接缝梁的跨中挠度和接缝的上、下缘相对纵向位移,且对连接钢板的受弯变形也有一定的改善作用.长期压应力作用引起的UHPC徐变会导致螺栓预紧力下降,下降幅度可达24.7%.     

体外预应力混凝土简支梁全过程分析

该文在分析体外预应力钢筋与混凝土主梁变形的基础上，通过截面内力平衡方程和变形协调关系，对体外预应力混凝土梁进行了从加载到破坏的全过程分析，得到了极限状态下体外筋的极限应力和混凝土梁的极限抗弯强度。利用该文介绍的计算方法，可以考虑不同的荷载形式、不同的截面形式及不同的普通钢筋用量等因素对主梁极限状态的影响，并能得到中间过程及破坏阶段混凝土、普通钢筋、预应力钢筋的应变和应力。通过该文理论得到的计算结果得到了试验的验证。     

CFRP加固钢筋混凝土薄壁箱梁抗弯极限承载力计算

根据混凝土构件中各种材料的应力-应变关系及变形协调原理,讨论考虑初始应变的钢筋混凝土薄壁箱梁外贴碳纤维增强材料(CFRP)抗弯加固后的破坏形态.基于平截面假定和规程推荐的材料应力-应变关系,分析加固梁弯曲破坏时的极限状态,提出相应的极限承载力计算公式和极限破坏发生条件.     

预制UHPC-NC板组合湿接缝抗弯性能试验研究

针对沿海浪溅区UHPC-NC组合板桥梁湿接缝薄弱问题，设计并制作了两块不同构造的组合接缝板（菱形企口接缝JF-L与倒T形接缝JF-T），开展了受弯性能试验并进行界面应力分析，得到组合板湿接缝从开裂到破坏的全过程力学响应，并根据本文试验和文献统计数据，推导了UHPC-UHPC接缝界面开裂荷载计算公式. 结果表明：两块接缝板均发生弯剪破坏，由于接缝界面存在加密钢筋，剪跨段存在纵筋配筋率变化截面，钢筋在该变化截面拉断；两块组合接缝板开裂荷载和极限破坏荷载基本相同，抗裂性能由接缝界面性能控制，不同构造对湿接缝的抗弯性能影响不大；JF-L与JF-T试件的名义开裂应力分别为4.71 MPa和4.74 MPa，满足沿海浪溅区桥梁正常使用要求；JF-L试件裂缝数量更多，但裂缝发展速度较慢，JF-T试件UHPC-NC界面未开裂，具有更高的延性和抗裂性能. 提出UHPC湿接缝开裂荷载计算公式并与本文和相关文献试验结果进行对比，验证其适用性. 实际工程中，推荐采用更方便预制和施工的菱形企口湿接缝构造形式.     

城市轻轨高架桥胶接缝预制节段箱梁的力学性能研究

研究了城市轻轨高架桥胶接缝节段预制拼装体外预应力连续箱梁正截面抗弯等力学性能.以澳门C370轻轨高架桥为工程背景,分析了VIADUCT IS20-V01段连续梁构造特点,通过建立有限元模型,选取墩顶和跨中为控制截面,研究结构在不同工况作用下的应力状态并进行承载力计算.结果表明:截面应力、正截面抗弯、斜截面抗剪和抗裂能力均满足相关规范要求;在整体升温、降温作用下,各截面剪应力非常接近,可以忽略温度荷载对截面剪应力的影响.建议:在极限承载力状态设计下,对其抗弯刚度和抗剪承载力进行折减,可为类似桥梁结构计算提供参考.     

钢筋套筒灌浆搭接连接的预制剪力墙抗震试验

为改善钢筋灌浆套筒连接的施工便利性,在已研发的内径大、施工方便的Ⅰ和Ⅲ型套筒灌浆搭接连接的基础上,进行了1片现浇剪力墙和2片纵筋采用Ⅰ与Ⅲ型套筒搭接连接的预制剪力墙拟静力试验.结果如下,现浇墙初始裂缝出现在墙底部,而预制墙由于套筒竖向约束,初始裂缝出现在套筒上方,预制墙开裂荷载大于现浇墙;在极限状态时,现浇墙两侧根部混凝土压碎,而预制墙套筒上方混凝土先压碎,后套筒外侧混凝土保护层局部脱落而破坏;预制墙开裂、屈服荷载、极限位移大于现浇墙,极限承载力与现浇墙的基本相同,但延性略差;由于套筒区域边缘构件箍筋及墙身水平钢筋的加密,预制墙的耗能略优于现浇墙;钢筋应变曲线一致性表明,Ⅰ和Ⅲ型套筒在预制混凝土剪力墙中能够很好地传递钢筋应力.     

轴压PVC-FRP管混凝土中长柱试验研究

通过10根PVC-FRP管混凝土中长柱轴压性能试验研究,探讨PVC-FRP管混凝土中长柱受力性能以及PVC-FRP管对核心混凝土承载力的提高效果,分析长细比对试件承载力、变形以及破坏形态的影响.试验研究表明:PVC-FRP管混凝土中长柱的受力过程经历弹性阶段、裂缝开展阶段和强化阶段;试件破坏形态表现为中部多条FRP条带被拉断,PVC管被压碎;随着长细比的增加,试件的承载力、轴向极限应变和环向极限应变逐渐减少,轴向极限应变降低的幅度比承载力降低幅度要大.PVC-FRP管混凝土中长柱的应力-应变关系曲线可以分为两个阶段:第一阶段的应力-应变曲线为抛物线,与素混凝土柱基本相似;第二阶段的应力-应变曲线为强化段,不同长细比试件强化段的斜率基本相同,试件破坏前,其应力和应变一直处于增加状态.在试验研究基础上,提出PVC-FRP管混凝土中长柱承载力和轴向极限应变的计算公式,建立PVC-FRP管混凝土中长柱应力-应变关系模型.研究结果为PVC-FRP管混凝土柱的研究和应用提供了参考.     

内置块石RC墩柱轴压性能试验研究

在福建沿海地区石结构房屋加固改造背景下,从合理利用废弃石材,减少固体废弃物排放角度出发,提出一种新型内置块石RC墩柱。通过4个内置块石RC墩柱轴压性能试验,研究内置块石、内置块石类型(整体型、节段型和块体型)等对RC墩柱轴压性能的影响,分析试件的破坏形态、承载能力、变形特征及应变发展等。研究结果表明:与普通RC柱相比,内置块石RC墩柱能显著提高RC柱的轴压承载力,提高幅度与内置块石类型有关,内置整体性块石RC柱的竖向承载力提高幅度可达115%;内置块石类型对RC柱破坏形态有重要影响,整体型内置块石RC柱的破坏形态为脆性破坏,塑性变形能力差,但极限变形能力比普通RC柱的优;内置块体型块石RC柱破坏形态与普通RC柱相似,具有较好的变形能力;与普通RC柱相比,内置节段型和块体型块石RC墩柱具有较好的竖向承载能力和变形能力。     

负弯矩作用下UHPC湿接缝桥面板裂后性能研究

针对预制拼装桥面板接缝处受力复杂、易开裂等问题,提出了一种新型超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete, UHPC）燕尾榫接缝.通过负弯矩作用下荷载模型试验,研究了不同接缝材料和预应力水平对UHPC湿接缝桥面板极限承载力、破坏形式及裂缝分布等的影响规律.基于试验验证的数值仿真模型,对比分析了不同接缝位置、接缝形式、纵筋率、材料强度及板件厚度等参数对湿接缝受弯性能的影响.研究结果表明：预应力由0 MPa提高到5 MPa,板件开裂应力和极限承载力分别提升40.0%和5.5%;燕尾榫接缝较直角榫接缝与平接缝的开裂应力分别提高7.5%和16.0%,承载力分别提高5.4%和16.0%.燕尾榫接缝整体性好,改变接缝位置对湿接缝受弯性能影响较小;板件开裂应力和极限承载力随材料强度增大而提高,材料强度超过120 MPa时增幅减小;UHPC接缝初裂刚度约为初始刚度的90%,剩余刚度约为初始刚度的25%;初裂后,结构刚度迅速下降,纵筋屈服后,结构刚度退化速度明显减缓,最终刚度保持在剩余刚度;提出了用极限荷载对应位移与开裂荷载对应位移之比为表达形式的UHPC湿接缝桥面板裂后延性系数,本文板件裂后延性系数为10.0~20.0,表明UHPC湿接缝桥面板具有较好的裂后变形能力.     

钢筋混凝土板的三维非线性有限元分析

采用组合式钢筋混凝土非线性有限元方法,对集中荷载作用下钢筋混凝土板进行了极限承载力分析,混凝土材料采用弹塑性本构模型;为考虑材料达到极限强度后的性能,用弥散裂缝模式模拟混凝土拉裂后的应变软化及应力释放,用应变空间破坏面近似处理混凝土的压碎型破坏;钢筋采用等效薄膜模拟,经与试验结果对比,两者吻合性较好。     

不同构造形式绿色混凝土叠合板受弯性能试验

为推动绿色再生类材料在叠合楼板中的应用,将不同性能要求的钢纤维增强绿色混凝土材料应用于叠合板中,研究不同构造形式所组成的钢纤维绿色混凝土叠合板受弯性能差异.开展了6块钢纤维增强绿色混凝土叠合板和2块普通混凝土叠合板足尺试件的抗弯性能对比试验.得到了其破坏形态、荷载-跨中挠度曲线、荷载-跨中板底受力钢筋应变曲线及荷载-跨中板顶面混凝土压应变曲线等特征参数,对比分析了各试件的破坏机理、变形特征、裂缝分布规律.研究结果表明,钢纤维增强绿色混凝土叠合板与普通混凝土叠合板相比受弯破坏过程类似,均经历了弹性阶段、弹塑性阶段及破坏阶段,且裂缝、挠度发展均较为充分,未有突然断裂或沿叠合面出现水平裂缝等破坏现象,均具有较好的延性;同时,不同的预制底板构造形式对叠合楼板的受弯性能也有较大影响,其中配置钢筋桁架的叠合板,尤其是附肋钢筋桁架对叠合板的受力性能有较为显著的提高;开裂荷载及极限承载力计算应考虑构造形式及不同混凝土材料预制底板对所组成叠合板受弯性能的影响.     

先简支后连续梁桥结构的疲劳性能与抗裂性能

采用等幅重复加载和按比例分级加载法,对3根铁路先简支后连续模型梁的疲劳性能和抗裂性能进行研究.根据3根模型梁疲劳试验和开裂试验结果,分析在正常应力状态下结构刚度,各典型截面混凝土、普通钢筋和预应力钢筋的应变随疲劳加载次数的变化规律以及重复加载对各关键断面特别是湿接缝断面抗裂性能的影响.研究结果表明:重复加载能明显降低梁体刚度,并使梁体混凝土、普通钢筋和预应力钢筋的应变增大;重复荷载降低了湿接缝的抗裂强度,而对跨中截面和中支点截面抗裂强度无明显影响.