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uhpc桥面板纤维连续接缝受力机理与设计方法研究

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UHPC桥面板纤维连续接缝受力机理与设计方法研究

作者：黄金局福州大学

学位级别：硕士

基于uhpc的优异性能,将其应用于桥面结构具有广阔的应用前景,uhpc结构施工过程中难免存在接缝连接问题,接缝的出现会导致本应连续乱向分布的钢纤维在接缝界面被人为“截断”,接缝界面“纤维不连续”使得uhpc接缝受力薄弱的问题更加突出... 详细信息

基于uhpc的优异性能,将其应用于桥面结构具有广阔的应用前景,uhpc结构施工过程中难免存在接缝连接问题,接缝的出现会导致本应连续乱向分布的钢纤维在接缝界面被人为“截断”,接缝界面“纤维不连续”使得uhpc接缝受力薄弱的问题更加突出。为解决uhpc接缝“纤维不连续”问题,有效改善uhpc接缝的受力性能,本研究通过海绵吸附缓凝剂进行格挡浇筑及高压水枪冲刷接缝断面的方法实现uhpc接缝界面纤维连续,以普通混凝土接缝板受力性能研究为基础,通过试验及有限元分析相结合的分析方法,开展uhpc桥面板纤维连续接缝受力机理与设计方法研究。通过uhpc接缝板抗弯试验,分析了不同纤维连续程度及不同配筋形式对uhpc桥面板接缝弯曲性能的影响。研究结果表明:界面纤维连续能够有效提升uhpc接缝的初裂性能,相较于纤维不连续试件,开裂荷载提升了85%,达到了整浇配筋试件开裂荷载的92.5%;纤维连续能有效延缓界面裂缝发展及钢筋屈服进程,钢筋进入屈服状态的荷载值相较于纤维不连续试件提升了31.8%,进而提升了接缝板的整体受力性能;配筋率相同的情况下,配筋形式不会影响接缝的开裂行为及抗弯承载力,直筋搭接形式会在一定程度上降低接缝板的抗弯刚度。通过试验验证的数值模拟方法进一步分析了配筋率、钢筋搭接长度、接缝宽度、界面粘结强度及接缝形状等参数对uhpc接缝受力性能的影响,对uhpc板纤维连续接缝的构造形式进行了优化。研究结果表明:界面粘结强度的提升能有效提高接缝界面的初裂性能及控裂能力,进而改善接缝板的整体受力性能。因此对于uhpc接缝来说,可通过强化接缝界面纤维连续形式(如改变纤维掺量、形状或者增大界面冲刷深度以改善界面纤维的有效连接长度)以提升界面粘结性能;提高配筋率能有效提升结构的抗弯刚度及抗弯承载力,保证配筋率不变的情况下可通过缩小钢筋搭接长度及接缝宽度减小施工作业量;采用T形接缝能够有效改善接缝界面的初裂性能,减缓界面脱粘损伤进程从而提升接缝板的承载能力。基于抗弯试验测试及有限元分析结果,揭示了接缝脱粘损伤机理及接缝板内钢筋受力规律,在规范和文献已有计算理论的基础上,结合uhpc纤维连续接缝的受力特性,对开裂弯矩、抗弯承载力,结构抗弯刚度及裂缝宽度进行了重新推导计算,获得了适用于uhpc纤维连续接缝的抗弯计算方法并通过试验测试结果验证了计算方法的准确性,可为uhpc纤维连续接缝的设计计算提供参考。

关键词： uhpc桥面板纤维连续接缝抗弯试验数值模拟设计计算方法

预制 uhpc 桥面板纤维连续湿接缝设计方法

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工程力学 2024年

作者：赵秋杨耀峰黄金局阮福荣福州大学土木工程学院福建省公路水路建设投资有限公司福建省交通规划设计院有限公司

预制uhpc桥面板施工过程中存在接缝连接问题，接缝界面“纤维不连续”使得uhpc接缝受力薄弱的问题更加突出。为有效改善uhpc接缝的受力性能，本研究通过海绵吸附缓凝剂进行格挡浇筑及高压水枪冲刷接缝断面的方法实现uhpc接缝界面纤维连... 详细信息

预制uhpc桥面板施工过程中存在接缝连接问题，接缝界面“纤维不连续”使得uhpc接缝受力薄弱的问题更加突出。为有效改善uhpc接缝的受力性能，本研究通过海绵吸附缓凝剂进行格挡浇筑及高压水枪冲刷接缝断面的方法实现uhpc接缝界面纤维连续，以接缝板受力性能研究为基础，通过试验及有限元分析相结合的分析方法，开展uhpc桥面板纤维连续接缝设计方法研究，推导uhpc纤维连续接缝抗弯承载力的计算方法。研究发现：基于内聚力理论定义界面的接触-分离行为（Cohesive behavior）能够较好地简化建模过程，准确模拟出接缝与预制板交界面的脱粘损伤机制，有限元模型计算所得的钢筋屈服时承载力结果及结构极限荷载值与实测结果最大误差仅为3.9%和2.1%；改变接缝纤维的长度，不能有效提高试件承载力；纤维连续接缝板表现出与整浇试件相似的变形规律，试件的开裂荷载分别达到整浇试件的88.2%和83.1%。

关键词： uhpc桥面板纤维连续接缝抗弯试验数值模拟设计计算方法

无粗骨料uhpc预制桥面板高温蒸养施工技术

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公路 2022年第7期67卷 202-208页

作者：蔺鑫磊兰胜强岳秀鹏王宏博中交一公局第二工程有限公司苏州市215000 山东高速基础设施建设有限公司济南市250000 山东省交通规划设计院集团有限公司济南市250000

本项目的uhpc桥面板采用的是“不含粗骨料+高温蒸养”的模式,其施工技术应用在国内尚属首次,无论在预制生产线建设、钢筋及模板施工还是混凝土浇筑养护等各方面都具有其自身的特殊性,极具创新性、挑战性和重大研究意义。结合山东沾临黄... 详细信息

本项目的uhpc桥面板采用的是“不含粗骨料+高温蒸养”的模式,其施工技术应用在国内尚属首次,无论在预制生产线建设、钢筋及模板施工还是混凝土浇筑养护等各方面都具有其自身的特殊性,极具创新性、挑战性和重大研究意义。结合山东沾临黄河特大桥主桥上部结构桥面板预制施工,着重对uhpc预制桥面板施工工艺及施工技术进行分析,并对相应施工工序关键点及注意事项进行阐述总结。

关键词：桥梁工程 uhpc桥面板不含粗骨料+高温蒸养桥面板预制施工技术

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正交异性钢-uhpc组合桥面板弯曲力学性能与计算方法研究

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正交异性钢-UHPC组合桥面板弯曲力学性能与计算方法研究

作者：杨明福州大学

学位级别：硕士

将桥面结构中的普通混凝土或沥青混凝土替换为超高性能混凝土(uhpc)形成组合桥面板,可以解决钢桥面铺装易损与桥面板疲劳开裂两项难题。本文在课题组对uhpc力学性能的研究基础上,结合国内外实际工程采用的uhpc桥面结构形式,对正交异性钢... 详细信息

将桥面结构中的普通混凝土或沥青混凝土替换为超高性能混凝土(uhpc)形成组合桥面板,可以解决钢桥面铺装易损与桥面板疲劳开裂两项难题。本文在课题组对uhpc力学性能的研究基础上,结合国内外实际工程采用的uhpc桥面结构形式,对正交异性钢-uhpc组合桥面板的弯曲力学性能与计算方法展开试验与理论研究。主要完成工作包括:(1)设计11组uhpc板和2组钢纤维混凝土(SFRC)板对比试件,进行了四点弯曲试验。研究了钢纤维掺量、配筋率及板厚等因素对uhpc板弯曲性能的影响,试验发现:相同配筋的uhpc板的抗弯抗裂性能均明显优于SFRC板;当uhpc板配筋率分别提高1.31%、2.61%,其极限弯矩分别提高了 10.34%与20.31%;纤维体积掺量从1.5%增加到3%时,uhpc板开裂强度和极限强度提高了 29.34%;纤维体积掺量由3%增加到4.5%时,其开裂荷载提高了 66.7%,极限荷载提高22.7%;板厚由50mm增加到60mm时,开裂强度增加了 25.5%,极限强度增加了 3.0%;板厚由60mm增加到75mm时,开裂强度增加了 12.9%,极限强度增加了 37.0%。结合试验数据并参照uhpc矩形梁的计算理论,拟合得到uhpc矩形板的开裂强度与极限弯矩的简要计算公式。(2)采用混凝土层厚60mm的钢-uhpc组合板、混凝土层厚75mm的钢-SFRC组合板进行弯拉试验。试验发现钢-SFRC组合板开裂荷载为24～28kN,极限荷载在60kN左右,而钢-uhpc组合板开裂荷载为30～40kN,极限荷载在74kN以上;按截面换算法计算uhpc层的开裂强度为26.42MPa,SFRC层的开裂强度为12.37MPa。可见,uhpc的抗裂抗弯性能比SFRC更好,且uhpc与钢板工作协调性要优于SFRC,对于试验组合板负弯矩设计,采用uhpc更能发挥钢筋与钢板的力学性能。(3)在组合板弯拉结果的基础上,对T肋加劲的正交异性钢-uhpc组合桥面板正、负弯矩区分别进行四点和悬臂加载。发现正弯矩区试件整体破坏模式为跨中uhpc达到极限压应变,而悬臂负弯矩破坏以跨中uhpc层的混凝土弯拉开裂为极限状态。应用ABAQUS软件,对正交异性钢-uhpc组合桥面板正、负弯矩区进行数值模拟,并通过上述试验结果对其正确性进行验证。基于经试验验证的数值模拟方法进行正交异性钢-uhpc组合桥面板抗弯承载力分析,得到正交异性钢-uhpc组合桥面板抗弯承载力可采用基于钢-普通混凝土组合梁的塑性抗弯承载力计算公式进行计算,对于负弯矩区抗弯承载力计算时需要考虑uhpc的抗拉强度。

关键词：组合桥面板弯曲力学性能 uhpc桥面板计算方法数值模拟

采用PF-uhpc制备钢混组合梁桥面板施工关键技术

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公路交通科技 2024年第4期41卷 120-131页

作者：杨元海王斌黄卿维中交路桥建设有限公司北京100027 中交路桥华南工程有限公司广东中山528403 福州大学土木工程学院福建福州350100

为探明不同技术指标对钢混组合梁uhpc桥面板性能的影响,完善超高性能混凝土预混料(PF-uhpc)的制备技术工艺,制造出性能稳定、满足施工要求的钢混组合梁uhpc桥面板,通过试验对比分析了不同工艺技术指标对PF-uhpc工作性能及力学性能的影... 详细信息

为探明不同技术指标对钢混组合梁uhpc桥面板性能的影响,完善超高性能混凝土预混料(PF-uhpc)的制备技术工艺,制造出性能稳定、满足施工要求的钢混组合梁uhpc桥面板,通过试验对比分析了不同工艺技术指标对PF-uhpc工作性能及力学性能的影响。确定最佳工艺技术指标,形成一套关于PF-uhpc预制和现浇钢混组合梁桥面板施工的关键技术。结果表明:PF-uhpc基准配合比的强度、工作性能均满足要求,且增加减水剂掺量0.3%能显著改善材料工作性能而不影响力学性能;采用大搅拌机搅拌时长为8 min时,混合料各项性能最佳;材料凝结时间受室内外环境因素影响大;钢纤维的投料先后对材料工作性能和力学性能影响较小,但后加钢纤维的混合料其钢纤维均匀性偏差较大;试件抗折强度受钢纤维取向影响,而钢纤维取向主要取决于布料方向,布料方向与uhpc流动方向的角度越大,试验板的抗折强度越低;振捣频率对uhpc抗折强度影响较大,对抗压强度和钢纤维含量偏差影响较小,80 Hz振捣频率最有利;uhpc湿养护后水化热温度基本在40~50℃,内部初始温度随板厚增加升高,蒸养过程中uhpc板中心升温较外部慢,内外温差较大;蒸养棚内恒温温度宜控制在90℃以上,且应适当延长自然降温时间,25 cm厚板底部在70℃以上恒温30 h,其强度满足设计要求。

关键词：桥梁工程施工技术控制变量法 uhpc桥面板工作性能及力学性能

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益阳胜天大桥主桥桥面板和索塔局部应力分析

公路工程 2019年第5期44卷 25-30页

作者：蔡青易笃韬湖南省交通水利建设集团有限公司湖南长沙410004 湖南大学土木工程学院湖南长沙410076

益阳市胜天大桥为(181.95m+450m+181.95m)双塔双索面斜拉桥。该桥主梁采用PK型分离双箱钢梁与uhpc桥面板相结合的结构形式,可降低主梁自重约30%,有效避免了普通混凝土桥面板普遍存在的易开裂问题。主桥采用花瓶型索塔,分别由下、中、上... 详细信息

益阳市胜天大桥为(181.95m+450m+181.95m)双塔双索面斜拉桥。该桥主梁采用PK型分离双箱钢梁与uhpc桥面板相结合的结构形式,可降低主梁自重约30%,有效避免了普通混凝土桥面板普遍存在的易开裂问题。主桥采用花瓶型索塔,分别由下、中、上塔柱及下、中、上横梁六部分组成。本文采用Ansys14.0分别建立桥面板和索塔空间有限元模型,对桥面板及索塔受力复杂的局部区域进行空间有限元应力分析,揭示桥面板及索塔的受力特性及应力分布规律,以保证桥面板和索塔结构的安全性与耐久性。

关键词：双塔双索面斜拉桥 PK型分离双箱组合梁 uhpc桥面板花瓶型索塔局部应力

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湖北观音寺长江大桥主桥方案构思与总体设计

桥梁建设 2023年第S1期53卷 1-8页

作者：冯鹏程刘新华易蓓陈杨明中交第二公路勘察设计研究院有限公司湖北武汉430056

湖北观音寺长江大桥主桥为(350+1160+350)m混合式组合梁斜拉桥。该桥设计过程中对跨径布置、桥型方案、主梁方案、结构体系等进行系统研究。为最大限度地减少桥梁对长江航道、河道行洪等的影响,确定采用1160 m主跨一孔跨过可通航水域。... 详细信息

湖北观音寺长江大桥主桥为(350+1160+350)m混合式组合梁斜拉桥。该桥设计过程中对跨径布置、桥型方案、主梁方案、结构体系等进行系统研究。为最大限度地减少桥梁对长江航道、河道行洪等的影响,确定采用1160 m主跨一孔跨过可通航水域。综合考虑建设条件、结构性能、施工难度、安全风险、经济性等因素,最终选取斜拉桥方案。为降低结构自重、充分发挥材料性能、提高桥面耐久性,主梁采用边跨377 m混凝土箱梁+中跨两侧401 m钢-uhpc组合梁+中跨跨中304 m钢-uhpc轻型组合桥面钢箱组合梁的混合式组合梁。结构体系采用带纵向约束的弹性半飘浮体系。桥塔采用中、下塔柱混凝土结构+上塔柱钢壳组合结构A形塔,塔高262 m,基础采用直径3.2 m的钻孔灌注群桩基础。斜拉索采用标准抗拉强度2100 MPa的高强度锌铝合金镀层平行钢丝拉索,斜拉索与塔、梁端均采用钢锚箱锚固。辅助墩、过渡墩均采用空心截面双柱墩,下设分离式承台+群桩基础。

关键词：斜拉桥混合式组合梁 uhpc桥面板弹性半飘浮体系组合桥塔平行钢丝拉索钢锚箱桥梁设计

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佛山富龙西江特大桥主桥设计

桥梁建设 2023年第6期53卷 127-134页

作者：李兵姚云龙郭立成洪宝宁佛山市建盈发展有限公司广东佛山528041 河海大学土木与交通学院江苏南京210098

佛山富龙西江特大桥主桥为(69+176+580+176+69)m双塔双索面混合梁斜拉桥,全宽41.4 m(含风嘴)。该桥采用半飘浮体系,桥塔下横梁设置竖向支座及横向抗风支座,塔梁间设置纵向阻尼器。桥塔采用融入佛山文化性与地域性特征的“白鹭”形桥塔... 详细信息

佛山富龙西江特大桥主桥为(69+176+580+176+69)m双塔双索面混合梁斜拉桥,全宽41.4 m(含风嘴)。该桥采用半飘浮体系,桥塔下横梁设置竖向支座及横向抗风支座,塔梁间设置纵向阻尼器。桥塔采用融入佛山文化性与地域性特征的“白鹭”形桥塔。主梁采用混合梁,边跨为混凝土箱梁;中跨为超高性能混凝土(uhpc)组合梁,由高3.1 m的槽形钢主梁和带PBL剪力键的uhpc组合桥面板构成。斜拉索采用∅7 mm锌铝合金镀层平行钢丝斜拉索,标准抗拉强度1770 MPa。桥塔墩采用钻孔灌注桩基础,辅助墩和过渡墩均采用分幅式板式墩。建立该桥的空间有限元模型进行静、动力分析,结果表明:该桥整体静力性能、抗风及抗震性能均符合规范要求。

关键词：斜拉桥半飘浮体系桥塔 uhpc桥面板静动力分析桥梁设计

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245 m大跨径组合钢箱梁桥结构设计研究

公路 2024年第8期69卷 77-81页

作者：欧光鲲袁勇根单庆伟于鹏王栋王伟山东易方达建设项目管理有限公司济南市250000 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海市200092 济南城市建设集团有限公司济南市250000

济南市凤凰路黄河大桥北侧跨大堤引桥为主跨跨径为245 m的组合钢箱梁桥,跨度在国内目前同类桥梁中排名第一。本研究对该组合梁桥的连续梁负弯矩区桥面板、双层组合结构设计进行了分析研究,体现了设计与施工相结合的理念,提高了大跨度连... 详细信息

济南市凤凰路黄河大桥北侧跨大堤引桥为主跨跨径为245 m的组合钢箱梁桥,跨度在国内目前同类桥梁中排名第一。本研究对该组合梁桥的连续梁负弯矩区桥面板、双层组合结构设计进行了分析研究,体现了设计与施工相结合的理念,提高了大跨度连续组合箱梁的技术与经济竞争力。

关键词：桥梁工程 uhpc桥面板开裂区双层组合负弯矩区