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钢-UHPC轻型组合梁桥面板结构型式研究

公路工程 2017年第4期42卷 76-81,101页

作者：吴佳佳邵旭东刘榕湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 山西省交通科学研究院桥梁工程防灾减灾山西省重点实验室山西太原030006 湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082 湖南省交通规划勘察设计院湖南长沙410008

提出了钢—UHPC轻型组合桥梁结构,以克服传统钢-混凝土组合结构桥梁混凝土桥面板的不足。(1)从基本力学性能和经济性方面对轻型组合梁和传统组合梁进行对比,表明轻型组合梁具有自重低,力学性能优越,施工方便快捷,全寿命经济效益显著等特... 详细信息

提出了钢—UHPC轻型组合桥梁结构,以克服传统钢-混凝土组合结构桥梁混凝土桥面板的不足。(1)从基本力学性能和经济性方面对轻型组合梁和传统组合梁进行对比,表明轻型组合梁具有自重低,力学性能优越,施工方便快捷,全寿命经济效益显著等特征,具有较好的应用前景。(2)对等厚板、带纵肋桥面板、华夫桥面板3种结构型式的UHPC桥面板进行有限元分析,结果表明:华夫桥面板竖向位移最小,整体刚度最大;带纵(横)肋桥面板仅纵肋下缘纵向拉应力最大,只需在纵肋下缘配置纵向受拉钢筋;华夫桥面板方案横向拉应力峰值小于较带纵肋方案。(3)基于华夫桥面板方案开展了足尺条带模型试验,正负弯矩试验的初裂应力分别为19.4 MPa和9.1 MPa,华夫桥面板方案能够满足正常使用极限状态的裂缝限值。

关键词：钢-UHPC轻型组合桥梁结构等厚板带纵肋桥面板华夫桥面板初裂应力

丁苯乳液和超高分子质量聚乙烯纤维对砂浆抗弯性能的影响

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新型建筑材料 2017年第2期44卷 94-98页

作者：陈维灯韩冬冬钟世云同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室上海201804

通过三点弯曲试验,研究了丁苯乳液和超高分子质量聚乙烯(UHMW-PE)纤维对砂浆抗弯性能的影响。研究发现,单掺丁苯乳液时,聚合物改性砂浆的初裂应力和抗折强度随着聚灰比的增加先提高后降低,且初裂应力和抗折强度相差不大;而初裂应变和最... 详细信息

通过三点弯曲试验,研究了丁苯乳液和超高分子质量聚乙烯(UHMW-PE)纤维对砂浆抗弯性能的影响。研究发现,单掺丁苯乳液时,聚合物改性砂浆的初裂应力和抗折强度随着聚灰比的增加先提高后降低,且初裂应力和抗折强度相差不大;而初裂应变和最大负荷荷载所对应的应变(强度应变)总体上都随聚灰比的增大而增加,最高分别提高3倍和4倍。1.2%UHMW-PE纤维与丁苯乳液复掺时,聚合物改性砂浆的初裂应力随着聚灰比增大而增加,且抗折强度远高于初裂应力,而抗折强度随聚灰比增加而降低。纤维的掺入可以大幅度提高聚合物改性砂浆的初裂应变和强度应变,最高分别提高9倍和96倍。除聚灰比为0.3的砂浆,掺入1.2%的纤维都降低了砂浆的初裂应力。

关键词：丁苯乳液 UHMW—PE纤维水泥砂浆初裂应力初裂应变抗折强度强度应变

预制超高性能混凝土π形梁桥的设计与初步试验

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预制超高性能混凝土π形梁桥的设计与初步试验

作者：管亚萍湖南大学

学位级别：硕士

为解决传统中、小跨径混凝土梁桥接缝多、易开裂、耐久性低等问题,提出新型预制超高性能混凝土(UHPC)π形梁桥结构。π形梁由T形双主梁和带纵、横肋的桥面板整体预制而成,桥面板设置有纵向接缝,通过接缝灌注UHPC将预制梁在横向连成整体... 详细信息

为解决传统中、小跨径混凝土梁桥接缝多、易开裂、耐久性低等问题,提出新型预制超高性能混凝土(UHPC)π形梁桥结构。π形梁由T形双主梁和带纵、横肋的桥面板整体预制而成,桥面板设置有纵向接缝,通过接缝灌注UHPC将预制梁在横向连成整体。与传统混凝土相比,UHPC具有强度高、耐久性好等一系列优点,用UHPC材料替代传统混凝土材料,可以减小结构几何尺寸、简化细节构造,进而减轻下部结构重量,同时可以实现快速施工。此外,现浇UHPC接缝施工方便快速,连接可靠,越来越广泛的应用于预制混凝土构件的接口连接,能有效提高桥面板的耐久性和整体性。本文研究了超高性能混凝土π形梁的截面形式,UHPC属于“轻质高强”材料,其设计结构应具有“细、薄、巧、轻”的特点。设计π形梁腹板较薄,且桥面板采用带纵、横肋的薄型板,将相同30m跨径传统混凝土T形梁桥方案和超高性能混凝土π形梁桥方案进行对比,结果表明π形梁桥自重仅为T形梁桥的47%。根据法国UHPC规范对π形梁进行了初步的配筋设计,并对两根1:2缩尺梁模型进行抗弯及抗剪试验研究。结果表明超高性能混凝土π形梁的初裂应力及承载能力均满足工程要求;纵向配筋率的提高能够显著提高梁底纵向开裂应变,限制裂缝开展;按法国规范计算得到的抗剪承载力小于实验值,且裂缝宽度计算值大于试验测量值,理论计算偏安全。本文还设计了一种π形梁桥桥面板纵向接缝构造,接缝采用企口形式,并预埋有连接钢筋。为研究π形梁纵向接缝强度,进行了接缝足尺模型试验研究。结果表明接缝开裂应力试验值为12.2MPa,大于桥面板设计最大主拉应力10.78MPa,接缝满足受力要求;接缝附近位置应变测量值一直维持较低水平,而垂直跨越接缝位置应变测量值相继进入非线性增长状态,同一测线上应变增长不一致的现象表明了接缝界面在加载过程中出现分离。利用ABAQUS有限元软件对梁模型进行了非线性有限元分析,结果表明试验值与模拟值吻合较好,验证了ABAQUS损伤塑性模型中所取材料参数的准确性和适用性;损伤塑性模型中极限拉应力参数取值对于模拟结果影响较明显,其取值越低,模拟得到的弹性极限和开裂后刚度就越低。此外,采用库伦摩擦模型得出的接缝模拟结果与试验值较为吻合;接缝模型极限荷载模拟值约为完全粘结模型极限荷载的90%,设计接缝强度还有一定的提升空间。

关键词：超高性能混凝土 π形梁桥抗弯性能抗剪性能初裂应力纵向接缝有限元模拟

钢-UHPC轻型组合桥梁结构华夫桥面板的基本性能

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钢-UHPC轻型组合桥梁结构华夫桥面板的基本性能

作者：吴佳佳湖南大学

学位级别：硕士

基于UHPC,湖南大学邵旭东教授首次提出了适用于(特)大跨径桥梁且无横向表面受拉接缝的钢-UHPC (Ultra-high performance concrete)轻型组合桥梁结构,以克服传统预应力混凝土主梁、钢主梁、钢-混凝土组合主梁由于材料和结构本身缺陷所引... 详细信息

基于UHPC,湖南大学邵旭东教授首次提出了适用于(特)大跨径桥梁且无横向表面受拉接缝的钢-UHPC (Ultra-high performance concrete)轻型组合桥梁结构,以克服传统预应力混凝土主梁、钢主梁、钢-混凝土组合主梁由于材料和结构本身缺陷所引起的病害。该轻型组合梁强度高、自重小、构造简单、施工方便快捷,且全寿命经济效益显著,具有较好的应用前景。本文从有限元分析、基于刚接梁法的初步计算、足尺条带模型试验三方面对UHPC桥面板的局部受力性能进行了初步研究。湖南省南县-益阳高速公路南洞庭湖大桥,是一座双塔双索面半漂浮体系斜拉桥,主梁首次采用了钢-UHPC轻型组合梁。提出三种UHPC桥面板设计方案：等厚桥面板、仅带纵肋桥面板、华夫桥面板。基于三种桥面板结构型式,采用ANSYS分别建立斜拉桥标准节段的有限元模型,各方案分析结果对比表明,华夫板方案较余两种方案具有更好的受力性能：车辆荷载作用下,其整体刚度和局部刚度最大;与等厚板相比,桥面板下缘纵向应力稍有增大,面板上下缘纵横向拉应力均大幅减小;荷载作用下华夫板方案高应力区最小,且纵向湿接缝处于低应力状态;抗裂设计时,而等厚板方案需沿桥宽密布配筋,而带纵肋方案仅需在纵肋下缘配置纵向受拉钢筋。疲劳荷载作用下,华夫板负弯矩受力状态的疲劳性能最好,面板上缘纵横向应力幅明显减小。因此,南洞庭湖大桥钢-UHPC轻型组合梁的桥面板建议采用均厚14cm的华夫板结构型式。基于初等梁理论对UHPC多跨连续单向桥面板下缘拉应力进行初步计算,结果表明：采用刚接梁法计算荷载横向影响线,简支桥面板跨径取等代简支跨0577L时,计算得到的横向影响线与有限元分析基本一致;根据横向影响线对车辆荷载进行最不利位置布载,求得横向分布系数,进而计算得到简支板的最大拉应力,基于弹性半固接的边界条件对其换算即可得到连续板的最大拉应力。与有限元分析结果对比表明,采用刚接梁法计算带纵肋的桥面板时,计算精度较高,偏差在10%以内,且计算结果偏于安全,而计算等厚桥面板时偏差较大,需进一步改进。基于UHPC华夫桥面板开展了10个UHPC矮肋T梁静载试验研究,研究表明：受拉钢筋配筋率、钢筋直径、直线型纤维直径和长度对UHPC配筋梁的初裂应力影响不大,而纤维带端钩能显著提高初裂应力,端钩型、直线型纤维UHPC配筋梁正弯矩初裂应力分别为19.4MPa、10.6MPa,前者高出后者83%;负弯矩初裂应力分别为13.8MPa、8.4MPa,前者高出后者64%,钢-端钩纤维UHPC组合板正弯矩初裂应力达***,为UHPC配筋梁的2.29倍。正弯矩工况下,端钩型纤维UHPC配筋梁初裂应力是下缘设计拉应力的1.45倍,试验极限弯矩为设计弯矩的2.8倍。负弯矩工况下,负弯矩工况下,而端钩型纤维UHPC配筋梁的初裂应力为设计应力的1.66倍,试验极限弯矩为设计弯矩的5.9倍。UHPC配筋梁计算抗弯承载力与试验值吻合较好,满足华夫板承载能力极限状态的设计弯矩,计算抗剪承载力远大于试验最大实测剪力,钢-UHPC组合板计算抗剪承载力与试验值基本吻合,计算抗弯承载力偏低。基于S-N曲线预测UHPC华夫桥面板疲劳寿命远大于200万次。基于端钩纤维UHPC配筋梁的华夫板设计能够满足结构在正常使用极限状态和承载能力极限状态下的受力要求。

关键词：钢-UHPC轻型组合桥梁结构等厚板仅带纵肋桥面板华夫桥面板静力性能有限元刚接梁法初裂应力

全透空式UHPC刚架拱桥及其湿接缝试验研究

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全透空式UHPC刚架拱桥及其湿接缝试验研究

作者：袁嘉梁湖南大学

学位级别：硕士

本文通过对梁桥、拱桥等各类桥梁结构进行研究和比较,将UHPC材料与刚架拱桥结构相结合,提出并优化结构得到全透空式UHPC刚架拱桥结构,并研究出了一种上下条带菱形接缝用于该拱桥,该结构充分发挥材料高性能、刚架拱桥结构优势、减轻结构... 详细信息

本文通过对梁桥、拱桥等各类桥梁结构进行研究和比较,将UHPC材料与刚架拱桥结构相结合,提出并优化结构得到全透空式UHPC刚架拱桥结构,并研究出了一种上下条带菱形接缝用于该拱桥,该结构充分发挥材料高性能、刚架拱桥结构优势、减轻结构自重、降低施工难度、提高结构耐久性、使造型轻质美观。全透空式UHPC刚架拱桥为预制装配桥梁,UHPC湿接缝是全透空式UHPC刚架拱桥设计关键,为了研究不同UHPC湿接缝构造对湿接缝受弯性能的影响,提出了矩形接缝、菱形接缝、上下条带接缝、上下条带菱形接缝四种UHPC接缝构造进行不同UHPC接缝构造优化试验,并于完整梁进行对比,结果表明完整梁综合受弯性能高于接缝梁,对于接缝梁,接缝接合面由于钢纤维的不连续,其抗拉强度极低;在四种接缝构造中,上下条带菱形接缝综合受弯能力最好。本文还根据不同UHPC接缝构造优化试验结果建议了各接缝构造的承载力计算公式,将计算值与试验值进行比较,结果表明承载力计算公式较为准确。本文通过不同UHPC湿接缝构造试验结果设计出一种上下条带菱形接缝构造,为了研究该结构实际受力性能,并得到提高该接缝使用性及安全性的施工措施,进行了1:2缩尺模型试验,试验结果表明:接缝的存在降低了结构的受力性能,但该种接缝构造仍满足实际工程的使用要求和安全性要求;在实际工程中,接缝构造宜配置腰筋增加接缝结构的受弯性能;结构接缝处的预制钢筋必须与搭接钢筋进行焊接,保证结构的使用性和安全性;接缝处材料不论是否添加膨胀剂均必达到力学要求才能使用;利用有限元软件ABAQUS进行了有限元模型分析,实测值与模拟值相近,说明了有限元模型中所用材料本构关系等参数较为准确;接缝切向行为采用库伦摩擦模型,接缝模拟结果与实际相似,说明接缝模拟较为准确。本文依托高恩高速K7+164车行天桥进行试设计,该桥长66m,宽5.5m,拱肋跨径58m,矢高6.5m,矢跨比为1/8.9(f/L=6.5/58),由3片UHPC超高性能混凝土拱肋组成,在其上现浇C50普通混凝土桥面板,使拱片与桥面板整体联合受力。该桥施工方法为工厂预制拱片节段,现场吊装对拼并通过UHPC湿接缝连接,在其上现浇桥面板,之后进行二期施工,完成桥梁整体。本文根据国内桥梁规范,参考法国规范等国外规范对该桥进行midas建模计算及验算,通过试验结论对接缝进行计算,计算结果表明桥梁设计安全合理,施工过程便捷可靠。

关键词：超高性能混凝土刚架拱桥湿接缝接缝构造承载力计算初裂应力试验研究施工措施结构设计与计算

大跨度自锚式悬索桥钢‒UHPC轻型组合加劲梁构造设计研究

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中外公路 2023年第4期43卷 147-152页

作者：张欣李瑜刘勇湖南省交通规划勘察设计院有限公司湖南长沙410219 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为优选大跨度自锚式悬索桥钢‑UHPC轻型组合加劲梁结构方案,该文以益阳市青龙洲大桥为背景,采用有限元模拟、足尺试验对比验证3种钢‒超高性能混凝土(Ultra‑High Performance Concrete,UHPC)组合加劲梁方案,对比静力性能、经济特性等指标... 详细信息

为优选大跨度自锚式悬索桥钢‑UHPC轻型组合加劲梁结构方案,该文以益阳市青龙洲大桥为背景,采用有限元模拟、足尺试验对比验证3种钢‒超高性能混凝土(Ultra‑High Performance Concrete,UHPC)组合加劲梁方案,对比静力性能、经济特性等指标。结果表明:UHPC华夫板、UHPC无腹筋纵肋板、长栓钉带钢板条的UHPC纵肋板方案均可满足设计需要,长栓钉带钢板条的UHPC纵肋板有更高的抗弯刚度、抗裂安全储备,可达到需求值的5.4倍;桥面板新型T形接缝通过合理预留钢筋实现桥面板零焊接,并有效减少UHPC板内高拉应力区纤维不连续引起的断缝;钢‒UHPC轻型组合梁性能优越、适用性高、经济性好,具有良好的应用前景。

关键词：悬索桥超高性能混凝土轻型组合梁带纵肋桥面板初裂应力