面向未来的高性能桥梁结构研发与应用

为从根本上解决混凝土桥、钢桥及钢 混凝土组合桥中的共性技术难题,并提升桥梁结构的性能与品质,笔者团队以超高性能混凝土（UHPC）为基础,研发了面向未来的高性能桥梁结构体系。介绍了笔者团队研发的4类高性能桥梁结构:①钢-超高韧性混凝土（STC）轻型组合桥面结构,其中的STC是钢桥面专用的UHPC;②钢 UHPC华夫板轻型组合桥梁结构;③单向预应力UHPC薄壁连续箱梁结构;④全预制快速架设UHPC城市桥梁结构。通过大量静力和疲劳试验,掌握了各类UHPC桥梁结构的基本受力性能,并建立了计算理论和设计方法。列举了钢 STC轻型组合桥面结构已推广应用于中国的17座钢桥,涵盖了梁桥、拱桥、斜拉桥和悬索桥等各类基本桥型,典型应用包括湖南岳阳洞庭湖二桥等重大工程。到目前为止,各实桥运营状态良好,钢 STC未出现任何病害问题。综合而言,高性能桥梁结构有望突破现有桥梁中的技术瓶颈,具有广阔的应用前景。     

钢板-超薄UHPC-TPO组合桥面静力和疲劳试验研究

为探明钢-超薄UHPC （Ultra-high Performance Concrete）-TPO （Thin Polymer Overlay）组合桥面基本力学性能,设计5块钢-超薄UHPC-TPO组合板进行抗弯静力试验及疲劳试验。静力试验结果表明：在负弯矩作用下,UHPC层的开裂强度为22.1～24.3MPa;TPO先于UHPC进入非线性阶段。疲劳试验结果表明：若将此方案应用于虎门大桥悬索桥,则UHPC层在设计应力幅下疲劳开裂寿命可达925.7万次,TPO层将不会因疲劳而开裂;疲劳加载后,组合板剩余弯拉强度均值为26.9kN,整体抗弯刚度与静力试验结果相比仅下降13%。研究表明,钢桥面-超薄UHPC-TPO组合桥面具有优良的抗弯拉性能。     

钢筋UHPC受弯构件裂缝宽度计算方法研究

为建立钢筋UHPC受弯构件的裂缝宽度计算方法,对6根钢筋UHPC梁进行四点抗弯试验,分析试验梁的裂缝发展过程和分布规律,以此为基础评估了现有规范公式计算钢筋UHPC受弯构件裂缝宽度的适用性,给出考虑UHPC抗拉贡献的钢筋UHPC受弯构件的钢筋应力计算方法和裂缝宽度建议计算公式,并通过国内16根钢筋UHPC梁的97组有效裂缝宽度试验结果对给出的裂缝宽度建议公式的适用性进行验证。研究结果表明：①UHPC梁表面裂缝宽度小于0.25mm时,裂缝宽度基本呈线性规律扩展,裂缝数量不断增加,裂缝间距逐渐减小;裂缝宽度超过0.25mm后,裂缝宽度迅速扩展并形成主裂缝,裂缝数量基本不变,裂缝间距趋于稳定,裂缝分布密而细,呈现出多元开裂现象。②直接采用GB 5010-2010规范和CECS 38-2004规范的裂缝宽度公式计算钢筋UHPC受弯构件的裂缝宽度误差较大。③基于UHPC材料特性,提出考虑UHPC抗拉作用的钢筋UHPC受弯构件开裂截面的钢筋应力计算方法,可较好地预测钢筋UHPC受弯构件开裂截面的钢筋应力。④结合试验数据和分析,对GB 50010-2010规范中平均裂缝间距、钢筋应变不均匀系数、构件受力特征系数进行修正,给出钢筋UHPC受弯构件裂缝宽度计算公式,修正后的建议公式计算值与文章试验值吻合良好,且与法国UHPC规范公式预测结果相比离散性更小。⑤建议公式的裂缝宽度计算值与收集的裂缝宽度试验数据库的试验值之比的平均值为0.99,标准差为0.19,表明建议公式适用性良好,可为UHPC结构设计规范的编制提供参考。     

钢 超薄UHPC轻型组合桥面短钢筋连接件#br# 抗剪性能研究

为解决钢-超薄UHPC轻型组合桥面板由于UHPC层过薄而难以采用常规剪力连接件的问题,提出一种新型剪力连接件 短钢筋连接件。通过静力推出试验以及疲劳推出试验对短钢筋连接件的抗剪性能进行初步研究。静力推出试验结果表明：①该试验存在焊缝剪断和UHPC局部破坏(短钢筋拔出)两种破坏模式;②短钢筋连接件承载力随着焊缝长度增加而提高;③短钢筋连接件抗剪承载力高于栓钉,略低于钢筋网焊接件。疲劳推出试验结果表明：80MPa剪应力幅下,3个试件疲劳寿命分别为194.2、271.0、195.8万次,去掉最大值,剩余两者平均疲劳寿命为195万次,略低于规范相应的200万次。通过Miner-Palmgren线性累积损伤理论对不同应力幅下的疲劳次数转化,可得200万次疲劳下的剪应力幅为79.6MPa。仿真结果表明：在纵横向间距200mm×200mm布置方式下,两类疲劳细节(连接件位置与钢顶板位置)均能够满足抗剪疲劳设计要求。文章研究成果可为今后实桥应用提供理论依据。     

钢板-超高性能混凝土梁有限元分析研究

为了研究钢板-超高性能混凝土(UHPC)组合梁的抗弯性能,在钢板-UHPC-T组合梁方案下,以钢板厚度、钢板强度等级、UHPC抗拉强度和UHPC极限拉应变为参数,利用ABAQUS软件进行了有限元分析。结果表明:钢板厚度和钢板强度等级的改变对组合梁抗弯承载力的提高作用较为明显;UHPC抗拉强度的提高可以适当提高开裂荷载;UHPC极限拉应变的增加可适当提高梁体的延性。     

无背索斜拉桥稳定分析的能量法

无背索斜拉桥在理想的成桥状态下,面内失稳模态为主梁屈曲。将主梁简化成弹性地基梁计算模型,选用正弦级数作位移函数,运用能量方法,提出了主梁屈曲临界荷载的计算公式。结合该类桥梁的结构布置特点,用简洁的连续函数描述主梁轴压力和拉索弹性支承刚度的变化,同时用简单的线形折减系数反映斜塔变形对拉索弹性支承刚度的影响。最后以长沙市洪山大桥为例,用该方法计算了其成桥状态屈曲临界荷载,其结果与有限元解对比具有很好的精度。     

F-P光纤传感器在桥梁台后结构试验中的研究

分析了F-P光纤传感器的基本工作原理,利用F-P光纤传感器对桥台后结构应变进行了短期监测,并与钢弦应变计的监测结果进行了对比,分析表明:F-P光纤传感器成活率高,可信性高。     

二次预应力组合梁施工技术问题研究

结合二次预应力组合梁的基本原理及特点,分析二次预应力组合梁现有施工技术存在的问题,即模板安装支护、混凝土浇筑、预应力筋张拉锚固困难而复杂,施工工序增加;针对这些问题,研究开发了两种连接器专利产品,一种是双套筒预应力钢筋套管连接器,可以方便地实现一期混凝土中预应力筋套管和二期混凝土中预应力筋套管的连接;另一种是双层套筒钢筋连接器,可以方便地实现一期混凝土中纵向钢筋和二期混凝土中纵向钢筋的连接,从而有效解决二次预应力组合梁现有施工技术存在的问题,提高二次预应力组合梁的技术水平。     

2次预应力简支组合梁受力性能与技术经济分析

高速铁路预应力混凝土桥梁徐变上拱过大会影响桥上列车运行安全,为了控制预应力混凝土桥梁徐变上拱,将2次施加预应力新技术应用于预应力混凝土梁中,以箱梁为例,设计了4根不同预应力度的2次预应力简支组合梁,分析了其各施工受力阶段截面应力、强度和抗裂性,并进行了结构尺寸与配筋完全相同的常规预应力混凝土简支梁和2次预应力简支组合梁徐变上拱的对比计算分析。结果表明:2次预应力简支组合梁截面应力梯度小,受力合理,与常规预应力混凝土简支梁相比,徐变上拱减少约40%~60%;并可以降低梁的建筑高度,节约10%左右的预应力筋和一定数量的混凝土,具有明显技术经济优势。     

视频安全接入的关键技术研究

视频安全接入主要解决内网用户访问外网视频资源时所面临的安全问题,主要有内外网安全隔离、内网数据防泄密、视频源可控性、视频数据安全性等问题。文章对视频源与用户身份认证、视频／信令数据检查与过滤、物理双隔离技术等关键技术进行研究,基于这些关键技术设计了一种视频安全接入系统解决上述视频接入的安全问题。