先简支后连续混凝土梁负弯矩区UHPC“T形”湿接缝试验研究

为了提高普通混凝土连续梁负弯矩区湿接缝的抗裂性能,简化施工工艺,提出了混凝土梁桥负弯矩区UHPC新型湿接缝方案.以某跨径为30 m的普通混凝土连续梁桥为背景,根据法国UHPC结构设计规程和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG3362-2018)对该桥进行正常使用极限状态下的配筋设计,并参照配筋设计结果对UHPC新型湿接缝构造进行1∶2缩尺模型试验研究.试验结果表明:取消负弯矩区预应力束、取消焊接的负弯矩区UHPC新型湿接缝方案的抗裂性能和承载能力均满足工程要求,且试验值与数值模拟值拟合良好;UHPC的引入能有效限制普通混凝土的裂缝宽度,显著提高普通混凝土截面的刚度,改善混凝土连续梁跨中区的内力及竖向挠度的重分布现象.与不考虑负弯矩预应力束的传统湿接缝构造相比,UHPC新型接缝构造能降低混凝土连续梁内力及跨中竖向挠度的重分布系数至其30％～50％.参数分析表明:对于负弯矩区采用UHPC新型湿接缝构造的混凝土连续梁桥,UHPC沿纵桥向的长度宜取0.27倍计算跨径,负弯矩区纵向受拉主筋直径可统一为20 mm,UHPC层的厚度取60 mm即可.     

装配式节段梁UHPC湿接缝界面力学性能数值模拟分析

为解决装配式节段梁菱形湿接缝抗剪性能弱、接缝界面易剥离、耐久性差等诸多工程实际问题,设计了一种“干”字形超高性能混凝土(UHPC)湿接缝,采用ABAQUS有限元软件分析接缝构造形式、接缝配筋率和接缝结合面粗糙度对UHPC湿接缝界面力学性能影响规律.研究结果表明：基于Traction-Separation结合面的有限元模型可较好模拟节段梁湿接缝界面力学性能;提出的“干”字形接缝界面力学性能显著优于菱形接缝,界面切向剪应力集中面积远小于菱形接缝,正弯矩受拉区钢筋和UHPC剥离位移最大可减小约83.7%;“干”字形湿接缝界面黏结正应力并不随着配筋率增加而同比例提高,配筋率对界面切向剪应力影响呈双峰效应;湿接缝配筋率建议取4.8%;配筋率和界面粗糙度对湿接缝界面法向剥离位移影响较小,可忽略不计.     

横向分段施工预应力箱梁的湿接缝受力性能研究

横向分段施工预应力箱梁受拉区的湿接缝混凝土易于开裂,然而对此类结构在实际的使用过程中观测表明,湿接缝混凝土在荷载作用下并未开裂。通过横向分段施工预应力箱梁两种类型的模型试验加载和对应的有限元分析比较,表明当外荷载作用时,横向分段施工预应力混凝土箱梁截面一定存在预应力的重分布作用,即作用在预制结构上的预应力对湿接缝处的混凝土拉应力有贡献,此处混凝土受力有异于普通钢筋混凝土结构,且现有的有限元通用程序尚无法计算此应力重分布值的大小。     

后结合预应力组合梁负弯矩区混凝土开裂性能试验

为了研究后结合预应力技术改善混凝土桥面板组合梁在负弯矩作用下的受力性能,特别是混凝土的开裂性能,设计制作了2根组合梁(一根是常规混凝土桥面板组合梁,另一根是后结合预应力混凝土桥面板组合梁),进行了2根组合梁的静力试验.测试了在不同荷载作用下组合梁的变形、不同截面上构件的应变分布、混凝土的裂缝、钢与混凝土之间的相对滑移以及极限承载力等.试验结果表明:后结合预应力混凝土板连续组合梁的初始开裂荷载和正常使用状态的极限荷载分别是普通连续组合梁的3.87倍和5.38倍,说明采用后结合预应力混凝土桥面板能够大大提高组合梁负弯矩区混凝土的抗裂性能.     

负弯矩作用下钢混凝土组合梁转动能力计算

首先建立了非线性有限元数值模型,得到了作者前期有关组合梁试验数据的验证.然后,应用该可靠的有限元模型,进行了大量算例的参数效应分析,研究了端部弯矩比、力比、腹板高厚比、翼缘宽厚比、受压翼缘侧向长细比、残余应力分布方式、混凝土与钢梁之间的连接程度等7种参数对组合梁转动能力的影响规律.分析表明:除了连接程度对转动能力的影响较小外,其他参数都具有重要的影响.最终,提出了考虑上述影响参数的组合梁转动能力计算公式,供工程设计应用.     

UHPC矮肋桥面板抗弯性能研究

为研究UHPC矮肋桥面板的抗弯性能并验证其在多跨大跨连续梁中的适用性,以滨州黄河大桥为背景,提出两种UHPC矮肋板方案（平均板厚分别为16.4 cm和14.3 cm）.首先建立实桥有限元模型,得到实际荷载作用下桥面板UHPC应力和栓钉剪力.接着,进行足尺抗弯试验,获得矮肋板从加载至破坏的过程中裂缝萌生与发展特征、荷载-位移曲线和应变分布规律等.试验表明,底部钢板的设置可以有效限制UHPC裂缝的发展,在钢板屈服前裂缝宽度呈线性发展;两种方案开裂应力分别为16.8 MPa和15.6 MPa,经过实桥有限元计算得到两种桥面板方案的纵向受力安全系数分别为2.2和1.5;钢板屈服后主裂缝迅速出现,最终桥面板纵肋受拉裂缝快速发展,顶面出现受压裂缝,认为试件破坏;然后,考虑UHPC材料受拉贡献,结合UHPC规范对结构抗弯承载能力进行验算,结果表明,当采用截面非线性方法并使用材料实际性能参数时,可以预测UHPC矮肋板的极限弯矩,计算值和试验值的比值分别为0.95和1.01.最终,对结构关键设计参数进行分析,结果表明,UHPC抗拉强度对极限弯矩的影响较小,增加钢板厚度是提高其极限弯矩的有效途径,窄而高的纵向加劲肋具有更高的受力效率.     

部分充填砼钢箱连续组合梁抗裂性能分析

针对部分充填砼钢箱连续组合梁裂缝控制问题,开展超高性能混凝土(UHPC)翼板-部分充填砼钢箱连续组合梁抗裂性能研究,探讨该组合梁裂缝控制的新途径.通过3根部分充填砼钢箱连续组合梁试验,得到挠度、滑移和裂缝的开展特征.基于ABAQUS软件建立部分充填砼钢箱连续组合梁有限元分析模型,分析UHPC翼板部分充填砼钢箱连续组合梁关键参数对受力性能的影响.结果表明:负弯矩区采用UHPC翼板能显著提高组合梁抗裂性能;当负弯矩区UHPC翼板长为0.3倍跨径、厚度为1/3翼板总厚时,能满足裂缝控制要求且经济合理;与普通混凝土相比,高应变强化UHPC初裂荷载提升2.3倍,可视开裂荷载提升7.6倍.     

公路钢桁梁桥组合桥面预制板湿接缝收缩自应力计算分析

混凝土桥面板现浇湿接缝是预制装配式桥梁的常见连接方式和关键受力部位;而湿接缝与预制桥面板通常存在6个月的龄期差,湿接缝混凝土在收缩作用下容易发生开裂.为研究预制混凝土桥面板湿接缝收缩自应力特性,以某公路组合桥面简支钢桁梁桥为研究背景,利用大型有限元软件ABAQUS建立精细组合单元模型,对比研究在不同钢筋搭接形式、混凝土强度和养护条件下,湿接缝混凝土收缩自应力的变化规律.以60 d收缩应力为例,结果表明:现浇湿接缝最大收缩应力发生在预制混凝土板与湿接缝交界面处,纵向接缝的收缩应力比横向接缝大15.7％ ～25.5％;不同养护条件可显著影响收缩应力,养护条件为70％≤RH<99％时湿接缝收缩自应力比40％≤RH<70％时减少36.9％ ～46.1％;混凝土强度越高,湿接缝收缩应力越大,C45混凝土比C40混凝土的收缩应力增大2.5％ ～3.8％,C50混凝土比C40混凝土的收缩应力增大5.3％ ～16.5％;湿接缝不同钢筋搭接形式对收缩应力影响不大:U形钢筋连接湿接缝的收缩应力比直钢筋连接增大0～8.5％;在运营阶段车辆荷载局部作用下,纵向和横向湿接缝以及预制混凝土板最大主应力分别为7.8、6.1、6.7 MPa.     

HPFRC复合梁桥负弯矩区受力性能的试验研究

为进一步研究钢-高强钢纤维混凝土复合粱桥负弯矩区的工作性能,制作了C50普通混凝土和C100钢纤维混凝土简支粱桥试件,对支座处承受负弯矩作用的情况进行了受弯承载力试验。混凝土与型钢采用无粘结的栓钉连接方式,同时对钢纤维掺量对高强混凝土的性能影响和裂缝开展过程做了研究。试验研究表明,高强钢纤维混凝土复合粱桥负弯矩区的整体工作性能明显高于普通混凝土复合梁桥,并且在一定范围内钢纤维增强作用也会随长径比增大而提高。该试验研究结果可为连续梁桥的设计提供参考。     

锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力分析研究

以一支座处负钢筋发生锈蚀的单跨固支梁为例,对其抗弯承载能力进行了实例分析,结果表明,随着钢筋锈蚀的发展,构件的抗弯承载能力明显减小,构件的刚度也不断减小.其承载力变化特点为类似构件的维修和加固提供了参考依据.     

厚矩形板在集中力矩作用下的边界积分法

用边界积分法求解基于Reissner理论的厚矩形板弯曲问题，给出了厚矩形板在集中力矩作用下的弯曲问题的封闭解析解，并给出了具有实际价值的计算结果。     

在一集中弯矩作用下三角形板的弯曲

本文应用功的工等定理研究了在一集中弯矩作用下三角形板的弯曲问题。该法简单、通用。     

UHPC大键齿干接缝直剪性能及尺寸参数分析

预制拼装UHPC桥梁的拼接接缝是该类桥梁整体受力尤其是剪切受力的关键.为探究UHPC大键齿干接缝的直剪性能,基于ABAQUS塑性损伤模型建立了非线性有限元模型,并采用现有文献的UHPC键齿干接缝试验数据进行了模型校验.以校验的有限元模型为基础,研究了UHPC大键齿干接缝直剪性能及剪切破坏过程,揭示了其两种主要破坏模式,即滑移破坏和直剪破坏.同时,开展了UHPC干接缝的大键齿尺寸参数分析,考虑的参数主要包括:键齿深度、键齿倾角和侧向应力;根据计算分析结果,大键齿尺寸建议取深齿比0.15～0.25且键齿倾角小于37°较为合理.此外,基于摩尔应力圆理论和有限元计算结果,建立了UHPC大键齿干接缝直剪承载力计算公式,经试验数据验证具有良好的适用性.     

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.     

受翻转力矩螺栓组联接最大工作拉力的精确计算

对受翻转力矩螺栓组联接的最大工作拉力进行测试与分析，提出符合实际受力状态的精确计算方法。     

钢纤维混凝土组合桥面板钢箱梁抗负弯性能

对1个C50混凝土组合板和1个钢纤维混凝土（SFRC）组合板试件进行偏拉试验和基于材料塑性损伤的有限元模拟,考察了组合板开裂特性与拉伸刚度变化。在此基础上,建立了钢?混凝土连续箱梁负弯矩区节段模型并进行了参数分析,探究了混凝土材料、SFRC板厚、配筋率对主梁力学性能的影响特征。试验与模拟结果表明：SFRC板开裂呈裂缝细密特点;当裂缝宽度达0.10 mm和0.20 mm时,SFRC板对组合板轴拉刚度剩余贡献为44%和23%,C50板剩余贡献为12%和9%,表明裂后SFRC板仍可参与受力。参数分析结果表明：当SFRC板裂缝宽度达0.10 mm时,SFRC板对主梁抗弯刚度的剩余贡献约为C50板的2倍;此状态下80~120 mm厚SFRC板的主梁抗弯刚度相比未开裂状态下降约11%;增大SFRC板配筋率可改善其损伤程度,但对提高主梁抗弯刚度作用较小。