钢—UHPC组合梁桥面板静承载能力比较分析

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装配式钢-UHPC轻型组合梁设计和整体受力分析

第４６卷，第１期２０２１年２月公路工程ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＶｏｌ．４６，Ｎｏ．１Ｆｅｂ．，２０２１Ｄｏｉ：１０．１９７８２／ｊ．ｃｎｋｉ．１６７４－０６１０．２０２１．０１．０１７［收稿日期］２０１９－０６－０３［基金项目］广东省交通运输厅２０１７年度重大科技专项（科技－２０１７－０１－００２）［作者简介］李志锋（１９７５—），男，广东揭西人，高级工程师，研究方向：道路与桥梁工程。

［引文格式］李志锋，何湘峰，赵旭东，等．装配式钢－ＵＨＰＣ轻型组合梁设计和整体受力分析［Ｊ］．公路工程，２０２１，４６（１）：９８－１０２．ＬＩＺＦ，ＨＥＸＦ，ＺＨＡＯＸＤ，ｅｔａｌ．Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｎｔｅｇｒａｌｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆａｓｓｅｍｂｌｅｄｓｔｅｅｌ－ＵＨＰＣｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｉｒｄｅｒ［Ｊ］．ＨｉｇｈｗａｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，４６（１）：９８－１０２．装配式钢－ＵＨＰＣ轻型组合梁设计和整体受力分析李志锋１，何湘峰１，赵旭东２，胡伟业２，邵旭东２（１广东省路桥建设发展有限公司，广东广州　５１０６３５；２湖南大学土木工程学院，湖南长沙　４１００８２）［摘　要］以首次采用钢－ＵＨＰＣ组合梁方案的惠清高速公路麻埔停车区跨线桥工程为依托工程，介绍了依托工程的设计和施工要点以及技术先进性和经济性。

同时，通过Ｍｉｄａｓ软件建立了钢－ＵＨＰＣ轻型组合梁全桥模型，计算分析了该桥的内力及应力特性，并对承载能力极限状态下的抗弯承载力、抗剪承载力及稳定性和正常使用状态下的应力、变形及裂缝宽度进行了验算。

［关键词］超高性能混凝土（ＵＨＰＣ）；轻型组合梁；经济性；承载力；有限元分析［中图分类号］Ｕ４４３３２［文献标志码］Ａ［文章编号］１６７４—０６１０（２０２１）０１—００９８—０５ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｎｔｅｇｒａｌＦｏｒｃｅＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＡｓｓｅｍｂｌｅｄＳｔｅｅｌＵＨＰＣＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＣｏｍｐｏｓｉｔｅＧｉｒｄｅｒＬＩＺｈｉｆｅｎｇ１，ＨＥＸｉａｎｇｆｅｎｇ１，ＺＨＡＯＸｕｄｏｎｇ２，ＨＵＷｅｉｙｅ２，ＳＨＡＯＸｕｄｏｎｇ２（１ＧｕａｎｇｄｏｎｇＲｏａｄ＆ＢｒｉｄｇｅＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｏＬｔｄ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６３５，Ｃｈｉｎａ；２ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＣｈａｎｇｓｈａＨｕｎａｎ４１００８２，Ｃｈｉｎａ）［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｆｉｒｓｔａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｔｅｅｌＵＨＰＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｉｒｄｅｒｓｃｈｅｍｅ－ＭａｐｕＰａｒｋｉｎｇＡｒｅａｏｖｅｒｐａｓｓｂｒｉｄｇｅｉｎＨｕｉｑｉｎｇＨｉｇｈｗａｙ，ｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｓｏｆｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌａｄｖａｎｃｅｍｅｎｔａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒＭｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｒｏｕｇｈｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｓｔｅｅｌＵＨＰＣｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｉｒｄｅｒｂｒｉｄｇｅｉｎＭｉｄａｓｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｏｒｃｅａｎｄｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌｓｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅａｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄＵｎｄｅｒｔｈｅｕｌｔｉｍａｔｅｌｉｍｉｔｓｔａｔｅ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｂｅｎｄｉｎｇａｎｄｓｈｅａｒｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｉｅｓ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｂｒｉｄｇｅａｒｅｃｈｅｃｋｅｄＭｏｒｅｏｖｅｒ，ｔｈｅｓｔｒｅｓｓｌｅｖｅｌｓ，ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃｒａｃｋｗｉｄｔｈａｒｅｅｓｔｉｍａｔｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅａｂｉｌｉｔｙｌｉｍｉｔｓｔａｔｅ［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｕｌｔｒａｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅ（ＵＨＰＣ）；ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｇｉｒｄｅｒ；ｅｃｏｎｏｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ；ｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ０　引言采用高性能、高强度材料和高性能复合材料，以延长寿命，提高耐久性，是世界大桥的未来趋势之一［１］。

加劲肋形式对钢-UHPC组合桥面力学性能影响的对比分析研究

加劲肋形式对钢-UHPC组合桥面力学性能影响的对比分析研究加强肋形式对钢-UHPC组合桥面力学性能影响的对比分析研究摘要：钢-UHPC（Ultra-High Performance Concrete，超高性能混凝土）组合结构在桥梁工程中得到广泛应用，作为桥面结构的重要组成部分，其力学性能对桥梁的安全运行起着至关重要的作用。

本文通过对比分析了不同加劲肋形式对钢-UHPC组合桥面力学性能的影响，旨在为桥梁结构设计和加固提供理论指导和参考。

1. 引言桥面是连接桥墩和桥梁上部构件的重要承载结构，它对桥梁的荷载传递和分布起着重要作用。

传统的钢筋混凝土桥面由于其受力性能有限，在跨径较大或荷载条件较重的情况下容易发生裂缝和变形。

为了克服这些问题，近年来，钢-UHPC组合结构作为一种新型桥梁结构方式逐渐应用到工程实践中，其优异的力学性能受到了广泛关注。

2. 钢-UHPC组合桥面结构钢-UHPC组合桥面结构是通过在钢板表面粘贴一层UHPC来提高桥面结构的承载能力和耐久性。

UHPC具有高强度、高韧性和抗渗性等优点，可有效提高桥面结构的抗裂性和承载能力。

而加劲肋则是在UHPC层与钢板之间的横向钢筋，在传力过程中起到加固和加强的作用。

3. 加劲肋形式对钢-UHPC组合桥面性能的影响（1）方形加劲肋方形加劲肋是一种传统的肋形式，其在桥面结构中的应用较为广泛。

研究表明，方形加劲肋能够有效提高桥面结构的刚度和承载能力，但在受力过程中易产生应力集中现象，容易引发桥面的裂缝和疲劳破坏。

（2）圆形加劲肋圆形加劲肋是一种相对新颖的肋形式，其具有较好的承载能力和抗裂性能。

研究表明，圆形加劲肋能够有效地改善桥面结构的应力分布状态，减少应力集中现象，提高桥面的耐久性和使用寿命。

然而，圆形加劲肋制作和安装工艺较为复杂，增加了施工难度和工程成本。

4. 对比分析在搭建简化模型的基础上，采用有限元软件对方形和圆形加劲肋形式的钢-UHPC组合桥面结构进行了力学性能分析。

大跨径钢-UHPC轻型组合梁斜拉桥力学与经济性能研究

［关键词］轻型组合梁；斜拉桥；超高性能混凝土；力学性能；经济性能［中图分类号］Ｕ４４２５［文献标识码］Ａ［文章编号］１６７４— ０６１０（２０１８）０１— ００２０— ０５
ＥｃｏｎｏｍｉｃａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＬａｒｇｅＳｐａｎＣａｂｌｅｓｔａｙｅｄＢｒｉｄｇｅｓｗｉｔｈＬｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔＳｔｅｅｌＵＨＰＣＣｏｍｐｏｓｉｔｅＢｅａｍ
［收稿日期］２０１７－０４－１８［基金项目］国家自然科学基金（５１１７８１７７，５１３７８１９４）；交通运输部重大科技专项（２０１１３１８４９４１６０）［作者简介］姚又琳（１９９２－），女，河南三门峡人，硕士研究生，研究方向：桥梁与隧道工程。
［Ｋｅｙｗｏｒｄｓ］ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｅａｍ；ｃａｂｌｅｓｔａｙｅｄｂｒｉｄｇｅ；ｕｌｔｒａｈｉｇｈｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｃｏｎｃｒｅｔｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ；ｅｃｏｎｏｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
０引言
斜拉桥是一种组合结构桥梁。［１］现代斜拉桥多为拉索呈扇形布置的密索体系，以主梁受轴向力、拉索受拉和索塔受压为主。［２］随着结构设计理论的成熟以及高强材料、新型结构的发展应用，斜拉桥在刚度、经济性能以及施工方面的优越性迅速突显，［３］跨径记录不断刷新，已突破千米级大关。德国Ｌｅｏｎｈａｒｄｔ教授曾预计斜拉桥的极限跨度

带板肋的钢-uhpc轻型组合桥面板计算与试验研究

带板肋的钢-uhpc轻型组合桥面板计算与试验研究随着城市化进程的加速，桥梁建设也成为了城市化进程中不可或缺的组成部分。

随着新材料和新技术不断涌现，钢-uhpc轻型组合桥面板已经逐渐成为了桥梁建设中的新选择。

在该种结构中，带板肋的钢则是极为重要的组成部分。

为此，有必要进行带板肋的钢-uhpc轻型组合桥面板计算与试验研究。

1. 带板肋的钢-uhpc轻型组合桥面板的特点带板肋的钢-uhpc轻型组合桥面板结构拥有以下特点：（1）结构轻：钢是一种重量很轻的材料，而uhpc的密度也相对较小，两者相结合可以实现整个桥面板的结构轻量化。

（2）强度高：带板肋的设计增加了结构的强度，再加上uhpc材料的高强度，该种桥面板可以承受大量的车流等载荷。

（3）施工方便：由于该种结构的轻量化，施工也更为方便，节约了用于搭建脚手架等辅助设备的成本。

2. 带板肋的钢-uhpc轻型组合桥面板计算方法在对带板肋的钢-uhpc轻型组合桥面板进行计算时，需要进行以下步骤：（1）根据车流载荷等参数确定荷载状态。

（2）计算梁的截面和弯曲半径，以此来确定带板肋的厚度和长度。

（3）根据计算结果选择合适的uhpc材料。

（4）确定连接板的厚度和尺寸，使其能够与其他部分顺利连接。

（5）进行钢板、uhpc板、连接板三者之间的计算，确定工艺参数。

3. 带板肋的钢-uhpc轻型组合桥面板试验研究钢-uhpc轻型组合桥面板已经被广泛应用于实际的桥梁建设中，对于带板肋的结构，需要进行试验研究以保证其质量和可靠性。

试验研究主要包括以下内容：（1）试验前：检测钢板、uhpc板、连接板等组件是否符合设计要求。

（2）试验过程中：在实验负载下，监测该结构在各种负载下的应力和变形情况。

（3）试验后：对试验结果进行分析和评估，并据此对设计进行修改和改进。

总之，带板肋的钢-uhpc轻型组合桥面板是一种结构轻、强度高、施工方便的新型桥梁建设选择。

对其进行计算和试验研究有助于进一步提高该结构的可靠性和使用寿命。

钢-UHPC-NC组合梁结构设计与受力分析

钢-UHPC-NC组合梁结构设计与受力分析
贺国栋;李瑜;周旋;曾满良
【期刊名称】《公路工程》
【年(卷),期】2022(47)1
【摘要】为提高组合梁负弯矩区桥面板抗裂性能,提高结构耐久性,提出一种钢-UHPC-NC组合梁结构形式,即在传统钢混组合梁的基础上,负弯矩区域采用薄层超高性能混凝土(UHPC)替代部分普通混凝土(NC)。

以主跨80 m钢混组合梁桥为背景,介绍了钢-UHPC-NC组合梁的构造特征,并借助有限元软件对该桥梁进行结构计算,重点分析了钢梁和桥面板在施工阶段和运营阶段的受力性能,结果表明:①钢梁在施工阶段和运营阶段各部位应力均小于钢材强度设计值,结构受力安全;②桥面板采用UHPC的区段最大拉应力为4.58 MPa,小于UHPC轴心抗拉强度设计值5.2 MPa;桥面板采用普通混凝土的区段最大裂缝宽度为0.07mm,小于规范限值0.20 mm。

【总页数】6页(P36-41)
【作者】贺国栋;李瑜;周旋;曾满良
【作者单位】湖南省交通规划勘察设计院有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U441
【相关文献】
1.波形钢腹板组合箱梁矮塔斜拉桥塔墩梁固结段受力分析
2.下承式钢桁组合梁桥纵梁不同施工次序下横梁受力分析
3.钢-混凝土组合梁与预应力混凝土箱梁在矮塔斜拉桥中受力特点的对比分析
4.钢-UHPC-NC组合梁负弯矩区受力性能试验研究
5.橡胶-焊钉组合连接件对钢-混组合梁受力性能影响分析
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波形钢腹板-ＵＨＰＣ_组合连续箱梁桥结构性能分析

总第３２３期交　通　科　技ＳｅｒｉａｌＮｏ．３２３　２０２４第２期ＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．２Ａｐｒ．２０２４ＤＯＩ１０．３９６３／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１７５７０．２０２４．０２．０１３收稿日期：２０２３１１２７第一作者：石云冈（１９８１－），男，硕士，高级工程师。

波形钢腹板ＵＨＰＣ组合连续箱梁桥结构性能分析石云冈１　李立峰２　钟　卫１　皮立军１（１．湖南省交通科学研究院有限公司　长沙　４１００１５；　２．湖南大学土木工程学院　长沙　４１００８２）摘　要　为解决传统预应力混凝土ＰＣ箱梁桥跨中挠度过大和腹板开裂的难题，文中提出“大跨径波形钢腹板ＵＨＰＣ组合连续箱梁桥”的新桥型结构，通过有限元建模和计算分析，对波形钢腹板ＵＨＰＣ组合连续箱梁桥结构性能进行研究，并论述该桥型结构的性能优势。

研究表明，波形钢腹板ＵＨＰＣ组合连续箱梁桥具有以下特性：①结构恒载内力占比明显降低；②结构沉降适应性较好；③结构横向刚度弱于竖向；④偏载对顶板应力影响明显，对底板应力影响次之，对主梁竖向位移影响小；⑤该桥型结构在梁高、顶板厚度和顶板横向预应力方面具有较大优势。

随着ＵＨＰＣ材料的推广应用，波形钢腹板ＵＨＰＣ组合连续箱梁有望成为大跨连续梁桥具有竞争力的桥型方案。

关键词　波形钢腹板　超高性能混凝土　组合箱梁　结构性能中图分类号　４４８．２１＋３传统大跨径预应力混凝土（ＰＣ）箱梁桥因结构自重大和混凝土收缩徐变等原因，箱梁普遍存在腹板开裂和跨中下挠过大等问题［１］，至今尚未较好解决。

针对大跨ＰＣ连续箱梁桥的病害，工程界曾提出波形钢腹板ＰＣ组合连续箱梁［２３］的解决方案，即将传统ＰＣ箱梁混凝土腹板替换为波形钢腹板，该方案减轻了结构自重，改善了结构病害，避免了腹板开裂，但在大跨径结构应用中自重和收缩徐变等效应仍然比较明显，跨中下挠过大的问题仍未得到根本解决。

超高性能混凝土（ＵＨＰＣ）是一种新型复合材料，其抗拉和抗弯折强度远高于普通混凝土，其优异的力学和耐久性能使得从根本上解决上述问题成为可能。

钢-UHPC组合梁桥应用实例研究

钢-UHPC组合梁桥应用实例研究摘要：UHPC作为一种力学性能优异的高强度材料，具有超高的抗压强度和抗疲劳特性，现已被广泛应用于桥梁工程领域。

本文以某一人行天桥工程为例，利用MIDAS/CIVIL有限元计算软件进行空间有限元模拟，分析钢-UHPC组合梁桥在荷载组合效应下，主梁的变形、内力、应力、结构基频等特性。

关键词：城市桥梁；钢-UHPC组合梁桥；有限元；设计作者简介：刘洋（1989-），男，湖南，工程师，主要从事桥梁勘察设计工作。

Email:****************，手机:152****64091 项目背景本文研究的项目为湖南工商大学过街天桥。

新建桥梁上跨桐梓坡路，桐梓坡路近期道路宽度33m，远期规划道路宽度46m，同时道路中线下约14.5m为地铁6号线区间段，桥梁无法落墩，故经多次方案研究论证，桥梁采用单跨1-50m桥宽32m的简支结构。

图1 桥梁立面信息图常规预应力砼简支梁经济跨径一般不大于40m，超过40m的单跨桥梁难以满足规范要求，易产生压应力超限压溃，宜采用跨越能力更强的钢混组合梁或钢箱梁结构。

常规1-50m跨径，钢混组合梁梁高一般采用2.5m；钢箱梁一般采用2.2m。

根据校区桥台两处地面标高以及桐梓坡道路标高，在桥下净空大于等于5.5m的情况下，新建桥梁仅能设置1.8m梁高。

对于钢混组合梁，梁高的减少压缩了钢梁刚度，根据刚度分配到桥面板的弯矩将大大增加，常规混凝土材料难以满足压应力的要求。

综合对比，钢-UHPC组合梁桥采用UHPC华夫桥面板，不仅可以大大减轻桥梁结构自重，增大桥梁的跨越能力[1]，而且UHPC桥面板方案总造价相对于C50桥面板方案仅高出约31.2万元，综合整体景观效果，及经济性比较，工商大学过街天桥采用钢-UHPC组合梁方案。

2 桥梁总体设计桥梁全长59.0m，跨径为1-50.0m，总宽32m，按双幅桥布置，单幅桥宽13m，两幅桥之间保留6m宽采光区。

桥梁上部结构采用梁高1.8m简支钢-UHPC组合梁桥，其中主梁采用高1.6m槽型截面；UHPC桥面板厚10cm，钢砼结合处承托厚20cm[2]。

装配式钢-UHPC组合桥面板试设计及性能研究

94桥梁建设2018年第48卷第1期（总第248期）Bridge Construction, Vol. 48, No. 1, 2018 (Totally No. 248)文章编号：1003 —4722(2018)01 —0094 — 06装配式钢一U H P C组合桥面板试设计及性能研究赵秋，陈平，陈宝春，陈孔生(福州大学土木工程学院，福建福州350108)摘要：针对钢一U H PC组合桥面板使用传统机械剪力连接件的不足，提出一种装配式钢一U H PC组合桥面板。

为给该装配式组合桥面板的设计和应用提供依据，以国内某大跨度扁平钢箱梁桥为依托，将该桥钢桥面板改为装配式钢一U H PC组合桥面板进行试设计，并采用A N SY S建立主梁节段空间有限元模型，对试设计的装配式组合桥面板的受力性能进行研究。

研究结果表明：装配式组合桥面板中，U H P C层的横桥向拉应力和粘结层的横桥向剪应力是结构计算的控制指标；在装配式组合桥面板结构中，U HPC层受到的最大拉应力为10. 87 MPa，粘结层受到的最大剪应力为0. 97 MPa,材料均能满足结构的受力要求；装配式组合桥面板的钢面板最不利构造细节的最大应力幅仅为纯钢桥面板的1/5，说明装配式组合桥面板结构可满足实际桥梁需求且可有效地避免纯钢桥面疲劳开裂等病害。

关键词：钢桥；钢一混组合桥面；装配式结构；超高性能混凝土；试设计；受力性能；有限元法中图分类号：U448.36;U443.31 文献标志码：AStudy of Trial Design and Performance of AssembledSteel and UHPC Composite Bridge DeckZHAO Qiu, CHEN Ping , CHEN Bao-chun , CHEN Kong-sheng(College of Civil Engineering, Fuzhou University, Fuzhou 350108, China)Abstract：In view of the deficiency of the steel and ultra-high performance concrete (UHPC) composite bridge deck using the conventional mechanical shear connectors,a type of the assembled steel and UHPC composite deck was proposed.To provide the design and application of the proposed composite deck with the basis,a domestic long span flat steel box girder bridge was taken asa reference,the steel deck of the bridge was replaced with the proposed composite deck and the trial design of the composite deck was carried out.The ANSYS was used to create the spatial finite element model for the segment of the main girder of the bridge and the mechanical performance of the composite deck of the trial design was studied.The results of the study demonstrate that for the assembled steel and UHPC composite deck,the transverse tensile stress of the UHPC layer and the transverse shear stress of the binding layer are the control indices of the structural calculation.In the composite deck,the maximum tensile stress subjected by the UHPC layer is 10. 87 MPa,the maximum shear stress subjected by the binding layer is0. 97 MPa and the materials mentioned herewith can all meet the mechanical requirements of the structure.The maximum stress range of the worst structural detail of the steel deck in the composite deck merely accounts for 1/5 of that of the pure steel deck,showing that the structure of the composite deck can accommodate the requirements of the practical bridges and can effectively avoid the deteriorations like the fatigue 收稿日期：2017 — 06 —14基金项目：国家自然科学基金项目（51478120、U1305245)Projects of National Natural Science Foundation of China (51478120，U1305245)作者筒介：赵秋，副教授，E-m ail:zhaoqiu@fzu. edu. cnn研究方向：钢桥，组合结构桥梁，装配式桥梁。

钢-薄层uhpc轻型组合桥面结构抗弯疲劳及剩余承载力试验研究

钢-薄层uhpc轻型组合桥面结构抗弯疲劳及剩余承
载力试验研究
随着城市化进程的不断加快，城市道路的建设和维护工作也越来越受到关注。

作为城市交通的重要组成部分，桥梁的建设和更新对于城市交通的快速发展至关重要。

然而，随着交通流量的不断增加，桥梁的抗震、抗风、抗腐蚀等方面的性能也成为了越来越重要的问题。

在桥梁建设中，轻型组合桥面结构因其重量轻、施工方便、可重复使用等优点而受到广泛关注。

而高性能混凝土（UHPC）作为一种新型材料，具有强度高、耐久性好等特点，因此在轻型组合桥面结构中的应用也越来越受到重视。

本文以钢薄层UHPC组合桥面结构为研究对象，通过抗弯疲劳及剩余承载力试验来探究它的性能表现。

通过对试验结果的分析，得到以下结论：
1.钢薄层UHPC组合桥面结构具有较好的抗弯疲劳性能，其在多次反复荷载下仍能保持较高的承载能力。

2.试验中发现结构在承载荷载达到极限状态后，仍具有较高的剩余承载能力。

这表明该结构的安全性能较高，能够承受较大的荷载。

3.与传统桥面结构相比，钢薄层UHPC组合桥面结构具有更轻的自重，能够有效减轻对桥墩和地基的负荷。

总之，钢薄层UHPC组合桥面结构具有较好的性能表现，有望在未来的桥梁建
设中得到更广泛的应用。

超高性能混凝土(UHPC)在钢桥面铺装的应用与分析

Roads and Bridges 道路桥梁73超高性能混凝土(UHPC)在钢桥面铺装的应用与分析李志全（中交公路规划设计院有限公司，北京 100088）中图分类号：U45 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）01-0073-01摘要：我国已建成的多座大跨径正交异性钢桥面桥梁多采用柔性铺装方式，容易出现钢结构疲劳开裂和铺装层开裂、拥包、脱层等病害，严重影响桥梁的通行能力及结构安全。

随着新材料、新工艺的发展，超高性能混凝土(UHPC)得到推广与应用。

通过对某在建UHPC 组合桥面钢箱梁结构的有限元分析，进一步论述UHPC 在钢桥面铺装中应用的优越性，研究结果可为其他工程应用提供参考。

关键词：正交异性钢桥面板；钢桥面铺装；柔性铺装；超高性能混凝土(UHPC)；有限元分析0 引言近年来，我国已建成的多座采用柔性铺装方案（SMA、浇筑式沥青以及环氧铺装）的大跨径正交异性钢桥面桥梁，除少数桥梁桥面铺装的运营状况良好以外，大部分桥梁的桥面铺装层都陆续出现钢结构疲劳开裂和铺装层开裂、拥包、脱层等病害，严重影响桥梁的通行能力及结构安全[1-4]。

随着新材料、新工艺的不断发展，混凝土强度等级也不断提高，超高性能混凝土(UHPC)以其超高的力学性能、超高耐久性、优良的耐磨和抗爆性能以及抗冲击性能等特点，在越来越多的桥梁工程中得到应用[5-7]。

通过对某在建UHPC 组合桥面钢箱梁结构的力学分析，进一步论述UHPC 在钢桥面铺装中应用的优越性，研究结果可为其他工程应用提供参考。

1 工程概况以一座在建跨长江大堤桥梁为工程背景，桥跨布置为70+97+70=237m，上部结构采用超高强度混凝土组合桥面板钢箱梁结构。

桥梁全宽为33.5m （含中央分隔带），钢箱梁为单箱单室截面，梁高3.6m。

钢箱梁单幅梁宽16.73m，箱体宽度7.5m。

各梁段顶板厚度均为14mm，顶板采用U 肋加劲，厚度均为8mm。

底板在顺桥向不同区段采用了20mm、25mm、30mm 三种不同的板厚，为便于施工，底板下缘保持平齐。

钢-uhpc轻型组合梁桥面板结构型式研究

钢-uhpc轻型组合梁桥面板结构型式研究钢-uhpc轻型组合梁桥面板结构型式研究摘要：本文主要研究了钢-超高性能混凝土轻型组合梁桥面板结构的型式，采用有限元分析方法进行计算，得出了桥面板结构的受力性能，探讨了不同型式的钢-超高性能混凝土轻型组合梁桥面板结构的优点和缺点，并提出了优化措施。

关键词：轻型组合梁，超高性能混凝土，有限元，桥面板，结构优化引言随着国家交通建设的日益发展，桥梁建设也日益重要，而桥梁的组件中桥面板就起到了非常重要的作用。

桥面板的要求非常高，不仅要求其满足设计强度，而且还要满足美观、经济、施工方便等多种要求。

随着科技的发展和建筑材料的不断更新，新型桥面板结构逐渐被开发出来，其中钢-超高性能混凝土轻型组合梁桥面板结构是一种被广泛研究和应用的领域。

在现代桥梁建设中，轻型组合梁已经越来越普遍地应用于桥梁建设中，因为其具有结构轻量、设计灵活性、施工方便、易于维修和组装等优点。

而超高性能混凝土则是由新材料技术和新工艺技术相结合所产生的一种新型材料，它具有高强度、高粘结性、高耐久性、高抗裂性、高抗渗性、高耐磨性和低收缩等优点，已经被广泛用于桥梁的建设中。

本文主要探讨了钢-超高性能混凝土轻型组合梁桥面板结构的型式和优化措施。

1. 钢-超高性能混凝土轻型组合梁桥面板结构的型式本节主要针对钢-超高性能混凝土轻型组合梁桥面板结构的组成、构造方式和型式进行研究。

1.1 组成钢-超高性能混凝土轻型组合梁桥面板结构主要由两个部分组成：轻型组合梁和超高性能混凝土桥面板。

轻型组合梁是由钢材和混凝土构成，其结构形式为钢筋混凝土梁或钢-混凝土梁。

轻型组合梁的钢材通常采用焊接或螺栓连接的各种型钢，主要承受桥面板载荷的作用。

混凝土承担弯矩和压力作用，同时与钢材共同发挥作用，使结构具有更高的承载能力和更良好的刚性特点。

超高性能混凝土桥面板通常由混凝土和超高性能纤维材料构成，其特点是密度大、强度高、耐久性好、自重轻等，具有非常好的抗震性和耐久性能。

钢桥面板系统的疲劳受力行为及UHPC铺装层影响研究

钢桥面板系统的疲惫受力行为及UHPC铺装层影响探究关键词：钢桥面板系统，疲惫受力，UHPC铺装层，有限元模拟，试验探究1. 引言钢桥面板系统是目前桥梁上部结构中最常见的一种构件。

它不仅承受着车辆和行人的荷载，还面临着恶劣的环境和复杂的交通条件，因此其安全性和耐久性受到了很高的关注。

疲惫是钢桥面板系统最主要的毁伤形式之一。

探究钢桥面板系统的疲惫行为，对于提高其安全性和延长使用寿命具有重要意义。

近年来，超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete，UHPC）已经被广泛应用于桥梁工程中。

UHPC具有强度高、耐久性好、抗震能力强等优点，其表面铺装层可以起到缓冲、保卫作用，改善桥面的使用性能。

然而，目前对于UHPC铺装层的影响尚未深度探究，特殊是在疲惫受力方面的作用尚未明晰。

本探究通过有限元模拟和试验探究，分析了钢桥面板系统在不同荷载水平下的疲惫受力行为，并探讨了UHPC铺装层在其中的作用。

2. 探究方法2.1 有限元模拟本探究接受有限元软件Abaqus进行模拟探究。

起首，建立钢桥面板系统的三维有限元模型，其中包括钢梁、钢板及UHPC铺装层。

然后，对不同荷载水平下的疲惫受力过程进行模拟，包括荷载谱载荷和单频载荷。

最后，通过应力云图、等值应力、应力范围等参数进行分析，得出钢桥面板系统的疲惫性能和毁伤特征。

2.2 试验探究为验证有限元模拟的准确性以及探讨UHPC铺装层的作用，本探究还进行了试验探究。

起首，选取适当的荷载水平宁疲惫次数，对不同状况下的钢桥面板系统进行疲惫试验。

然后，通过毁伤形态、裂纹扩展长度、疲惫寿命等参数进行分析，得出钢桥面板系统在不同状况下的疲惫性能和毁伤特征。

3. 结果与分析3.1 有限元模拟结果分析模拟结果表明，钢桥面板系统的疲惫寿命和毁伤特征在不同荷载水平下具有明显的差异。

在荷载谱载荷下，钢桥面板系统的疲惫寿命和毁伤特征与荷载谱载荷的外形和幅值有关。

在单频载荷下，钢桥面板系统的疲惫寿命和毁伤特征与载荷频率和幅值有关。

NC-UHPC组合梁抗弯性能和承载力计算

NC-UHPC组合梁抗弯性能和承载力计算引言：NC-UHPC（高性能混凝土）是一种新型的建筑材料，具有超高强度、超疲惫性能、耐久性等优势，可以满足复杂结构中对材料性能的高要求。

组合梁是利用不同材料特性的优势，将两种或多种材料组合在一起构成的梁。

本文旨在探究NC-UHPC组合梁的抗弯性能和承载力，并对其计算方法进行探讨。

一、NC-UHPC组合梁的构造方式NC-UHPC组合梁接受了不同材料进行叠加的方式。

在叠加时，一般接受较高强度的材料作为梁底部，以增强整体的承载能力，而NC-UHPC作为梁的顶部材料，以提供超高强度和耐久性。

在组合梁的各部分之间，可以接受钢筋毗连或者粘结剂来增加整体力的传递效果。

二、NC-UHPC组合梁的抗弯性能NC-UHPC组合梁的抗弯性能是指在承受外力作用下，梁的弯曲变形和破坏状况。

由于NC-UHPC本身具有超高的抗弯强度，组合梁的整体抗弯性能相较于传统梁会有较大的提升。

通过试验可以得到NC-UHPC组合梁的弯曲变形和破坏状况，以及相应的荷载-挠度曲线，从而进行设计和计算。

三、NC-UHPC组合梁的承载力计算NC-UHPC组合梁的承载力计算是通过试验数据和理论计算相结合的方法进行的。

起首，依据试验探究得到组合梁的最大承载力时的荷载和挠度值。

然后，依据NC-UHPC的抗弯强度和组合梁的几何外形进行计算，得到梁的各部分的应力和变形状况，从而计算出组合梁的承载力。

四、NC-UHPC组合梁的应用前景NC-UHPC组合梁具有超高的强度和耐久性，适用于各种桥梁、建筑和结构工程中。

在城市化进程中，建筑物的高度和跨度不息增大，传统材料已经无法满足对结构性能的要求，而NC-UHPC组合梁的应用将成为将来建筑工程进步的重要方向。

同时，NC-UHPC组合梁的抗震性能也是其优势之一，可以在抗震设计中发挥重要作用。

五、结论通过对NC-UHPC组合梁的抗弯性能和承载力进行计算和分析，可以得出结论：NC-UHPC组合梁具有优异的抗弯性能和超高的承载力，适用于各种复杂结构中。

型钢-UHPC轻型组合桥面板受力特性研究

【摘要】：为解决传统钢主梁斜拉桥桥面铺装层易破坏及钢-混凝土组合梁斜拉桥混凝土桥面板的开裂问题，提出了采用型钢-UHPC 轻型组合桥面板的组合梁斜拉桥。

以某独塔混合梁斜拉桥为例，分析了在车辆荷载及疲劳荷载作用下，轻型组合桥面板的受力特性。

计算结果表明，轻型组合桥面板的各部分构件均可满足规范要求。

【关键词】：型钢-UHPC 组合；桥面板；斜拉桥；受力；荷载钢-混凝土组合梁斜拉桥和钢主梁斜拉桥是传统斜拉桥常用的结构形式。

混凝土桥面板开裂问题是钢-混凝土组合梁斜拉桥的主要病害之一[1]，其主要原因在于混凝土材料的抗拉强度低以及收缩徐变效应明显的力学特性；而钢主梁采用的正交异性桥面板本身由于纵横向刚度不连续，加之疲劳荷载引起的开裂，使得桥面铺装层极易破损[2]。

针对上述实际工程中存在的问题，基于UHPC，提出一种新型的型钢-UHPC 轻型组合桥面板结构。

1型钢-UHPC 轻型组合桥面板1.1UHPC 材料简介超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete，UHPC)是一种基于最大密实度理论配制的新型混凝土。

研究表明，超高性能混凝土抗压强度可达到140~230MPa，抗拉强度可达到7~10MPa，有良好的耐久性，在48h 蒸汽养护后收缩、徐变很小，可以忽略不计[3]。

掺入钢纤维后，UHPC 立方体抗压强度、单轴抗压强度均增大，特别是抗拉强度提高幅度最大，抗拉韧性显著提高[4]。

1.2型钢-UHPC 轻型组合桥面板组合桥面板由型钢（工字钢和槽钢）、UHPC 混凝土板及二者间的栓钉组成；通过纵、横向湿接缝将组合桥面板与钢梁顶部的抗剪栓钉连接成整体，形成组合结构共同受力。

见图1-图3。

型钢-UHPC轻型组合桥面板受力特性研究□文/薛嵩杨立坡单位：mm图1轻型组合桥面板标准横断面2004002004002004×1504×150150800230340230507×1005060SMA10沥青铺装49.230.81005050128012176200806mm 横向钢端板70302×1003070400钢梁横隔板HW200×200单位：mm图2轻型组合桥面板横向湿接缝单位：mm图3轻型组合桥面板纵向湿接缝ϕ10@10030802525150SMA10沥青铺装8030200310UHPC 板HW200×200栓钉60060016@100200100508007×1005010020030.849.22001005050HW200×20050502003005050钢梁腹板市政与交通Municipal and Transportation天津建设科技Tianjin Construction Science and Technology 第29卷增刊2019年7月252工程概况某非对称独塔斜拉桥跨径布置为150m+90m，边主跨比为0.6。

钢-UHPC组合桥面板性能分析及应用

第3期（总第258期）山西交通科技No.3 2019年6月SHANXI SCIENCE&TECHNOLOGY of COMMUNICATION S June 钢-UHPC组合桥面板性能分析及应用张孝俊（山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西太原030032）摘要：超高性能混凝土（UHPC）是一种高性能混凝土材料，在大跨结构中有着比一般混凝土更加宽广的前景。

针对传统正交异性钢桥面板普遍存在的桥面板疲劳与桥面铺装易损坏等问题,提出钢-UHPC组合桥面板结构由薄UHPC桥面板以及钢梁组成，有着耐久性强、徐变收缩小、不易开裂、比强度大等优势，在大跨结构应用时，可以解决传统的钢桥面板铺装易损和桥面疲劳开裂等问题。

关键词：超高性能混凝土;UHPC;正交异性钢桥面板;性能研究中图分类号:U443.31文献标识码:A文章编号:1006-3528（2019）03-0079-050引言目前大跨度桥梁的桥面系主要采用正交异性钢桥面以及薄层沥青混合料铺装。

然而，传统的钢结构桥梁及组合桥中普遍存在正交异性钢桥面的疲劳与桥面铺装易损坏等问题，导致以上问题的根本原因可以归结为材料或连接易出现静力或疲劳受拉开裂、结构自重偏大等，传统的技术手段和方法很难解决这些难题。

近年来，超高性能混凝土已经有了较为充分的研究和应用。

UHPC是一种刚度与强度较大,韧性、黏结性、耐久性较好的材料，作为刚性铺装参与桥面板受力，可以解决钢桥面板疲劳破坏以及桥面铺装易损坏等问题。

由于UHPC轻质高强的特点，使用时对主梁自重影响很小。

因此，作为轻质高强混凝土代表的UHPC在桥梁中具有非常广阔的前景。

同时，国内外有关学者也开始研究钢-UHPC 组合梁。

钢-UHPC组合桥面板结构由薄UHPC桥面板以及钢梁组成,有着耐久性强、徐变收缩小、不易开裂、比强度大等优势，在大跨结构应用时，可以解决传统的钢桥面板铺装易损和桥面疲劳开裂等问题。

1正交异性钢桥面板1.1正交异性钢桥面板简介钢桥桥面大多由桥面铺装和桥面板组成,该结构直接承担车辆荷载并将荷载传递至主梁受力构件。

军山长江大桥钢-uhpc组合桥面改造效果研究

ｏｎｔｈｅｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｈａｌｆꎬ ｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｓｔｒｅｓｓｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｄｏｗｎｓｔｒｅａｍｔｅｓｔｉｎｇｐｏｉｎｔｓｉｓｂａｓｉｃａｌｌｙｌｏｗｅｒｔｈａｎ
ｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｅｓｔｉｎｇｐｏｉｎｔｓｏｎｔｈｅｕｐｓｔｒｅａｍｈａｌｆꎬ ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｅｓｔｈａｔｔｈｅｓｔｅｅｌ￣ＵＨＰＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｄｅｃｋ
ＤｅｃｋｏｎＪｕｎｓｈａｎＣｈａｎｇｊｉａｎｇＲｉｖｅｒＢｒｉｄｇｅ
ＺＨＯＵＬｉ￣ｂｉｎｇ１ꎬ２ ꎬ ＺＨＡＮＧＧａｎｇ１ꎬ２ ꎬ ＷＡＮＧＭｉｎ１ꎬ２
(１. ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙＢｒｉｄｇｅＳｃｉｅｎｃｅＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬ Ｌｔｄ.ꎬ Ｗｕｈａｎ４３００３４ꎬ Ｃｈｉｎａꎻ ２. Ｓｔａｔｅ
ｐｏｉｎｔｓｗｅｒｅｐｕｒｐｏｓｅｌｙａｄｄｅｄꎬ ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｓａｆｅｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｉｎｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｐｅｒｉｏｄ. Ｔｈｅｒｅ￣
ｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｔｒａｆｆｉｃｖｏｌｕｍｅａｎｄａｘｉａｌｌｏａｄｓｏｎｔｈｅｕｐｓｔｒｅａｍｈａｌｆｏｆｔｈｅｄｅｃｋａｒｅｌａｒｇｅｒｔｈａｎｔｈｏｓｅ
收稿日期: ２０２０－０１－１５
作者简介: 周立兵ꎬ高级工程师ꎬＥ￣ｍａｉｌ:２４１２８４０２４＠ｑｑ. ｃｏｍꎮ 研究方向:铁路桥梁试验检测ꎮ
ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＨｅａｌｔｈａｎｄＳａｆｅｔｙｏｆＢｒｉｄｇｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓꎬ Ｗｕｈａｎ４３００３４ꎬ Ｃｈｉｎａ)

波纹钢-超高性能混凝土拱桥有限元静力分析

波纹钢-超高性能混凝土拱桥有限元静力分析摘要随着交通量的逐年增长，目前普通波纹钢拱桥结构已经无法提供足够的承载力。

本文提出一种波纹钢—UHPC拱圈结构，通过有限元软件建立波纹钢—UHPC拱桥模型，在拱顶截面施加静力荷载进行分析计算，与普通混凝土拱桥进行对比，结果表明：在拱顶截面荷载作用下，波纹钢—UHPC拱桥中的波纹钢板应力和位移分布更加均匀，最大位移相较于普通波纹钢拱桥减小了47.62%，最大应力相较于普通波纹钢拱桥减小了44.25%，所有测点的位移和应力值都有不同程度的改善。

引言波纹钢拱桥是一种典型的柔性结构，具有很强的适应变形能力。

与传统的混凝土砌体桥梁和涵洞相比，它具有以下优点[1-2]：该结构地基强度要求较低，对特殊的地质条件有良好的适应性。

与传统混凝土结构相比，钢材具有良好的拉伸性能，更不容易出现开裂的情况。

该结构施工便捷，经济效益好。

波纹钢桥涵结构拼装完成后不需要养护的时间，可在短时间内就进行正常的运营工作[3]。

该结构使用寿命长，有较好的耐久性。

该结构在建成后几乎无需维修加固便可正常运营。

该结构在便道工程或临时工程中可以多次利用，这可以大大减少了施工废料的产生，同时也更加经济。

目前，但随着交通量的增长以及车辆荷载的提高，普通波纹钢拱桥结构已经无法提供足够的承载能力，导致其应用受限。

因此如何对波纹钢拱桥结构进行加强，提升其承载能力，改善其受力性能成为了一个关键的问题。

超高性能混凝土（Ultra-High Performance Concrete，UHPC），被认为是过去三十年中最具创新性的水泥基工程材料，具有超高强度、超高韧性、高耐久性的一类新型混凝土，将UHPC应用在实际桥梁上已经司空见惯，目前广东马房大桥、新佛山大桥、北京同淮河大桥和湖南洞庭湖大桥等都通过剪力钉将UHPC和钢桥面板很好的结合起来共同受力，并取得良好效果。

本文从普通波纹钢拱桥面临的实际问题出发，结合UHPC优异的力学性能，在波纹钢板与土体之间设置一层UHPC护拱，形成波纹钢—UHPC拱圈，一方面可以提升拱圈的强度、刚度，另一方面可以使土体、混凝土与波纹钢板协同受力，从而提升整个结构的承载能力。

钢—超薄uhpc组合桥面板界面抗剪焊接构造研究

钢-超薄UHPC（Ultra-High Performance Concrete，超高性能混凝土）组合桥面板是近年来发展起来的一种新型桥梁结构构件。

通过钢和超薄UHPC的组合，能够充分利用两者的优势，提高桥梁的承载能力和耐久性。

在钢-超薄UHPC组合桥面板的设计和施工中，界面抗剪焊接构造是一个关键问题。

本文将从材料特性、界面力学性能和焊接工艺等方面进行研究，阐述钢-超薄UHPC组合桥面板界面抗剪焊接构造的相关参考内容。

材料特性方面，钢是一种优良的结构材料，具有良好的强度和韧性，能够承受较大的荷载。

超薄UHPC则是一种具有高强度、高韧性和抗渗透性的混凝土材料，通过添加纤维材料和特殊的胶凝材料，使其具有比传统混凝土更好的性能。

在界面抗剪焊接构造的设计中，钢-超薄UHPC之间的界面应具有一定的粗糙度和良好的黏结性，以提高界面的力学性能。

界面力学性能方面，钢-超薄UHPC界面的抗剪强度、剪切刚度和剪切滞后性是评价界面性能的重要指标。

研究发现，在界面抗剪焊接构造中，适当增大钢材的焊接肉厚可以改善焊接接头的抗剪性能。

通过采用适当的焊接电流和焊接速度，可以得到良好的焊接质量。

此外，适当的预应力也可以提高钢-超薄UHPC界面的刚度和抗剪性能。

焊接工艺方面，钢-超薄UHPC界面的焊接主要采用电阻焊接、摩擦焊接和激光焊接等方法。

电阻焊接是一种常用的焊接方法，通过加热和压力使钢材和超薄UHPC接触面产生熔融，然后冷却固化形成焊接接头。

摩擦焊接是在钢材和超薄UHPC接触面上施加横向力，通过瑞士摩擦产生的热量使接触面产生熔融并冷却固化形成焊接接头。

激光焊接是使用激光束对钢材和超薄UHPC接触面进行加热和熔化，然后冷却固化形成焊接接头。

综上所述，钢-超薄UHPC组合桥面板界面抗剪焊接构造的研究需要关注材料特性、界面力学性能和焊接工艺等方面。

通过选用适当的材料、设计合理的构造和采用适宜的焊接工艺，可以提高钢-超薄UHPC界面抗剪焊接结构的力学性能和耐久性，为桥梁结构的安全运行提供了可靠的保障。

钢超薄 UHPC 组合桥面板界面抗剪性能研究

钢超薄 UHPC 组合桥面板界面抗剪性能研究∗邵旭东;方恒;李文光【摘要】For the composite bridge deck system composed of orthotropic steel deck and ultra-high-per-formance concrete (UHPC)layer with 35 mm UHPC plate and 20 mm wearing layer,the UHPC layer is too thin to use conventional shear connectors.Therefore,an innovative shear connectors using the welded rebar mesh was proposed.Load-slip curve and ultimate bearing capacity were evaluated by push-out test. In the background of a Yangtze River Bridge,the optimal lay out of shear connectors was investigated by segmental model of a bridge deck.The test results showed that the brittle failure of the shear connectors occurred,and the ultimate bearing capacity of the shear connector with the 50 mm welded rebar mesh was 119kN.The slippage of the shear connector with the welded rebar mesh was less than that of the stud un-der the same loadratio.Furthermore,the stress at the bottom of UHPC layer should be considered in the arrangement of the shear connectors.Increased layout density of the shear connectors reduced the trans-versal and longitudinal tensile stress at the bottom of UHPC layer up to 36.3 %.%针对正交异性钢板超薄超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete, UHPC)(厚度为35 mmUHPC板+20 mm磨耗层)组合桥面板中,UHPC 层过薄而无法采用常规抗剪连接件形式的问题,提出一种新型钢筋网局部焊接抗剪连接件.通过推出试验测得了焊接抗剪件的荷载滑移关系曲线和抗剪承载力,以某长江大桥为背景,对焊接抗剪件的布置方式进行了研究.试验结果表明：焊接抗剪件的推出试验破坏过程属于脆性破坏,破坏前界面相对滑移较小,焊缝长度为50 mm的焊接抗剪件极限抗剪承载力为119 kN.与栓钉相比,相同荷载比值下采用焊接抗剪件的界面相对滑移小,焊接抗剪件的抗剪刚度大于栓钉.计算结果表明：钢超薄 UHPC 组合桥面板在布置抗剪件时,需关注 UHPC 层底部受力.加大抗剪连接件布置密度可减小UHPC层底部横、纵桥向拉应力,降幅可达36.3%.【期刊名称】《湖南大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2016(043)005【总页数】8页(P44-51)【关键词】桥梁工程;抗剪连接件;推出试验;正交异性钢桥面板;荷载;滑移曲线;超高性能混凝土【作者】邵旭东;方恒;李文光【作者单位】湖南大学土木工程学院，湖南长沙 410082;湖南大学土木工程学院，湖南长沙 410082;湖南大学土木工程学院，湖南长沙 410082【正文语种】中文【中图分类】U443.3正交异性钢桥面由于具有良好的受力性能、较轻的自重，而在国内外广泛应用，但其在轮载的反复作用下易产生两类病害，即钢结构的疲劳开裂和铺装层开裂、脱空[1-5],若将超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete，UHPC)与正交异性钢板组合形成组合桥面板，则有望解决这两类病害[6-7].由于目前大跨径钢桥桥面铺装层厚度普遍在35～80 mm之间[8]，因此组合桥面板中UHPC层厚度亦处于此范围中.本文针对UHPC层厚度仅为35 mm的钢-超薄UHPC组合桥面板，做抗剪连接件的研究.在常规的钢-混凝土组合结构中，常用的抗剪连接件为栓钉、PBL剪力连接件等[9-11].对于钢-超薄UHPC组合桥面板，其UHPC层的厚度仅为35 mm，而现行规范规定栓钉最小长度为40 mm[12]，同时因其他常用的抗剪连接件形式会对钢纤维分布造成影响亦无法采用.得益于钢纤维的掺入，钢筋与UHPC的粘结力较普通混凝土有很大的提高[13]，钢筋难以从混凝土中脱出，故钢筋可作为传递剪力的媒介.基于以上思路，本文提出将纵向钢筋局部焊接在正交异性钢桥面板上，以期发挥抗剪连接件的作用.为了探究钢筋网局部焊接抗剪件(以下简称“焊接抗剪件”)的受力性能与设计布置方式，本文开展了推出试验，测得了焊接抗剪件荷载-滑移曲线和极限承载力，并将其与栓钉抗剪件进行对比.然后在此基础上以某长江大桥为工程背景，通过有限元模型计算分析，研究了钢-超薄UHPC组合桥面板中焊接抗剪连接件的布置方式.1.1 试验模型试件尺寸设计参考Eurocode 4规范[14]中标准推出试件尺寸，整体尺寸如图1(a)所示.中间部分为焊接工字钢，钢板厚度均为14 mm，钢材等级为Q345级.两侧为密配筋UHPC板，钢筋采用HRB400级带肋钢筋，横向钢筋直径10 mm，竖向钢筋直径12 mm，横竖间距均为50 mm.UHPC基体组成成分包括水泥、硅灰、石英砂、高效减水剂和水，钢纤维体积分数为3.5%.模型每侧设置4条焊接抗剪件，焊缝采用手工电弧焊，双面焊接熔透角焊缝，焊接长度为50 mm，坡口角度约为45°，厚度约为6 mm，布置间距横向为150 mm，纵向为200 mm，焊条型号根据规范依钢材等级选用E5015以保证焊缝强度不低于母材.焊接完成后，待焊缝冷却至室温进行外观检查，确认其几何尺寸及防止裂纹等缺陷.焊接抗剪件的具体构造如图1(b)所示，试件共浇筑一组，编号分别为RSC-1，RSC-2和RSC-3.为了与试验结果进行对比验证，采用ANSYS建立推出试件有限元模型，考虑到对称性且减小计算规模，有限元模型仅取为实际模型的1/4.计算中考虑材料非线性，各材料本构关系如图2所示.其中，钢材、钢筋与焊缝的本构关系采用二折线形式的双线性模型，材料参数依规范取值；UHPC的本构关系亦采用双线性折线，弹性模量为40.7 GPa，轴心抗压强度为90.3 MPa,泊松比为0.2.模型各组成部分均使用20节点高阶实体单元SOLID95单元模拟，建立分离式钢筋及焊接抗剪件实体，试件有限元模型如图3(a)所示.焊接抗剪件的几何形状由实际情况出发，简化为纵、横向钢筋外包部分，长度与实际尺寸一致为50 mm，焊接抗剪件模拟方案见图3(b).计算分析中不考虑UHPC板与钢筋之间的粘结滑移，在UHPC板与钢板之间使用面-面接触单元CONTA174和TARGE170模拟两者的接触非线性，根据规范[15]假定工字钢表面为未经处理的干净轧制表面，取摩擦系数为0.35.边界条件与试验保持一致，即约束试件底部节点所有自由度，并在对称面施加对称约束.1.2 加载方案试验装置如图4(a)所示，加载仪器采用200 t电液伺服压力试验机，界面相对滑移使用千分表采集，千分表布置在试件顶部与底部如图4(b)所示，同时在UHPC板外侧对应焊接抗剪件位置处以及工字钢隔板处布置电阻应变片，应变采集仪器为TDS-602静态应变测试仪.试件底部与加载装置间铺垫细石英沙以找平，试件顶部设置压力传感器以校核压力机读数，同时还设置了球铰并严格对中试件以免产生偏心压力.1.3 结果与讨论表1为试验结果汇总表，图5为两种破坏模式实物照片.由3个试件的不同破坏形态可知，试件的破坏形态与UHPC和钢筋间的粘结效果有关，400 mm长的钢筋焊接2×50 mm=100 mm长为上限，在此基础上再增加焊接长度，剪切破坏是钢筋与UHPC之间的粘结破坏，焊接长度的增加将不起作用.图6为焊接抗剪件荷载-滑移曲线的实测值与计算值对比，由于加载过程中试件底座出现开裂，因此试验值选用试件顶部4个千分表采集数据的平均值，计算值为有限元模型中相应于千分表布置位置的钢板和UHPC板间界面相对滑移，计算值与试验值总体较为吻合.以RSC-1为例说明其试验过程：当加载至400 kN时，工字钢底部与混凝土板之间首先出现了肉眼可见的细小滑移裂缝，裂缝宽度约0.02 mm；当荷载增加至600 kN时，试件一侧底座开裂.当荷载加至630 kN时，试件两侧均出现大量斜向裂缝，从交界面处由30°～45°角斜向下发展;当荷载加至950 kN时，一侧界面裂缝贯通，试件界面相对滑移发展迅速直至该侧焊缝全部剪断而最终破坏.图7对比了焊接抗剪件和栓钉的荷载-滑移曲线，其纵坐标采用P/PU即荷载与极限荷载的比值，焊接抗剪件荷载-滑移曲线取自图6中全部试验数据的平均值，栓钉抗剪件的荷载-滑移曲线来自文献[16].文献[16]同时指出栓钉抗剪件因直径、长度、试件形状和混凝土等级的不同，而导致其极限承载力随之变化，但不同情况下的荷载-滑移曲线形状是相同的，因此可以使用同一个函数来描述其曲线形状，根据文献[16]简化计算公式如下：式中: P和PU分别为荷载与极限荷载；S为界面相对滑移值.由图7可知，在承受相同荷载比值时，栓钉抗剪件的滑移量要高于焊接抗剪件.随着荷载比值的增加，二者之间的差值甚至可以达到十倍以上，表明焊接抗剪件的抗剪刚度更高.常规钢-混凝土组合结构在设计布置抗剪连接件时，仅考虑整体界面纵向剪力作用，以单位长度界面纵向抗剪承载力作为控制因素，在满足界面抗剪承载力的条件下均匀布置抗剪件[17].由于钢-超薄UHPC组合桥面板的局部效应明显，当采用焊接抗剪件时，可通过同时调整焊接抗剪件焊缝长度与数量的方法以满足界面纵向抗剪承载力需求，为对比不同焊接抗剪件布置方案，本节以某长江大桥为工程背景，通过有限元计算探究不同布置方式对组合桥面板受力的影响.2.1 某长江大桥的节段有限元模型某长江大桥钢箱梁梁高3.0 m，梁宽36.3 m，桥面板厚14 mm，底板与斜腹板厚度为10 mm，每3.22 m设一道横隔板，非吊点处隔板厚8 mm，吊点处隔板厚10 mm.U形肋肋厚6 mm，上口宽300 mm，下口宽169 mm，高280 mm，间距600 mm.焊接抗剪件的布置考虑了两种不同方案，其横桥向与纵桥向间距分别为：1)300 mm和400 mm；2)150 mm和200 mm.其中方案1)的布置方式如图8所示.基于ANSYS建立了某长江大桥加劲梁节段模型，纵桥向取两吊点间距即16.1 m，其间计6榀横隔板，横桥向以梁中线为界限取半幅箱梁结构.计算模型中未考虑检修道等附属设施，节段模型如图9所示.为了更精确地获得加载局部范围内桥面板应力分布，采用子模型技术，在局部节段模型中部取一横向8条U肋宽、纵向3跨横隔板间距、高1 000 mm的局部模型作为子模型，如图10所示.子模型所使用的材料参数、单元类型及实常数与节段模型保持一致，单元边长取为20 mm左右.计算基于线弹性假设，钢板采用4节点壳单元SHELL63单元模拟，弹性模量为206 GPa，泊松比为0.3；UHPC层采用8节点实体单元SOLID45单元模拟，弹性模量为40.7 GPa，泊松比为0.2.对整体模型，其边界条件为在中心线截面施加对称约束；在模型两端约束沿纵桥向(Y轴)的平动自由度，以及绕横轴(X轴)和竖轴(Z轴)的转动自由度；在吊点位置，约束相应节点竖向(Z轴)自由度.根据圣维南原理及试算结果，边界对计算结果的影响很小.使用整体模型进行计算之后，将子模型边界上的节点号导入，进行位移插值后再将边界条件重新导入子模型，并施加与整体模型相同位置相同大小的荷载，计算并整理得到最终结果.计算中，假定UHPC层与钢板无拉拔脱层效应，即将UHPC层与钢板交界面处节点的竖向位移进行耦合.而界面抗剪仅考虑了抗剪件的作用，不考虑UHPC层与钢板之间的自然粘结力抗剪，焊接抗剪件使用2节点弹簧单元COMBIN14模拟，抗剪刚度取值根据1.3节中试验值结果，取平均值即1 838 kN/mm，在同一抗剪件位置处设置两个弹簧单元用以分别承担横、纵桥向剪力.界面剪力连接模拟方式如表2所示，除考虑正常布置焊接抗剪件以外，还假定了抗剪件密度为零(即完全滑移)和无穷大(即完全固结)的两种极限情况用以对比.由于正交异性桥面板应力分布呈现明显的局部性，故可仅考虑单轮作用，根据规范JTG D60-2004《公路桥涵设计通用规范》[18]取计算荷载为标准重车后轮轮载，轮重为70 kN，车轮着地面积为200 mm×600 mm(纵桥向×横桥向).参考规范中对汽车冲击力的相关规定，依照文献[18]偏保守地取为汽车荷载局部加载时的冲击系数为1.3.根据正交异性桥面板的几何构造，横桥向选取正U肋、骑U肋、U肋间3种加载方式，如图11(a)所示.纵桥向从横隔板位置至跨中选取0,1/8,1/4,3/8和1/2跨径处的5处典型截面作为加载位置，如图11(b)所示.2.2 焊接抗剪件布置方式对UHPC层应力的影响纵向比较了5处加载位置的应力，结果表明除横隔板截面以外，其余截面在相同加载方式下的应力分布近似相同.横向比较了3种加载方式下的应力，结果表明各加载方式下应力峰值较为接近，其中正U肋加载时峰值略高于U肋间加载和骑U 肋加载，因此将跨中正U肋工况作为最不利加载工况，将横隔板正U肋工况作为对比加载工况.图12为跨中截面正U肋加载时，UHPC层底部与顶部的横、纵桥向应力沿子模型横向分布对比，图13为横隔板截面正U肋加载时，UHPC层底部与顶部的横、纵桥向应力沿子模型横向分布对比，焊接抗剪件布置方案详情及UHPC层应力计算结果见表3，焊接抗剪件剪力计算结果见表4.通过以上计算结果的对比可知：1)局部轮载作用下，UHPC层底部横桥向应力大于纵桥向应力，原因是桥面板的纵桥向刚度由于加劲肋的加劲作用而提高，但横桥向由于无加劲构件，刚度较低使得桥面板的横向局部弯曲大于纵向局部弯曲.此外，由于横隔板断面处的U肋中空，故横隔板位置此现象仍然存在.2)焊接抗剪件的布置方案对抗剪件自身内力峰值有一定影响，当抗剪件布置密度更大，即抗剪件数量更多时，则单个抗剪件分担的剪力较小.与PS-1相比，PS-2中焊接抗剪件的横、纵桥向剪力峰值上更小，对比计算结果与试验结果可知两种方案下，焊接抗剪件自身内力峰值均小于其抗剪承载力.在PS-2中，若拟定焊接抗剪件焊缝长为25 mm，焊缝宽为15 mm，则计算焊缝截面积为25×15=375 mm2.将横桥向剪力峰值4.01 kN与纵桥向剪力峰值3.17 kN相叠加，则单个抗剪件所承受的最大剪力为5.11 kN，最大剪应力为13.63 MPa.由1.3节中试验结果可知，50 mm长焊接抗剪件的抗剪承载力取下限即119 kN.线性内插后得到焊缝长为25 mm的焊接抗剪件的极限抗剪承载力为59.5 kN，极限剪应力为158.67 MPa.局部轮载作用下，焊接抗剪件实际承受的最大剪应力13.63 MPa仅为实际极限强度的8.59%.3)焊接抗剪件的布置方案对UHPC层底部应力影响较大，而对UHPC层顶部应力影响甚微.与PS-1相比，PS-2中焊接抗剪件沿纵桥向单位长度内的总焊接面积相同，但PS-2中单个焊接抗剪件的规格更小，导致焊接抗剪件横、纵桥向布置间距更小，即布置密度更大.PS-1中UHPC层底部的拉应力峰值为12.65 MPa超过了素UHPC的轴拉强度约为9 MPa，而PS-2中拉应力峰值为8.06 MPa满足要求.以上结果表明，PS-2中焊接抗剪件的布置密度能够确保UHPC层与钢面板之间牢固的组合作用，对UHPC层受力更为有利.通过本文的研究可以得到以下结论：1)钢筋网局部焊接抗剪连接件解决了钢-超薄UHPC组合桥面板由于UHPC层过薄而难以采用常规抗剪件形式的问题，该抗剪件构造形式简单、施工方便.2)焊接抗剪件的推出试验破坏过程属于脆性破坏，破坏前试件变形较小.根据实验结果取其下限，则50 mm长焊接抗剪件的抗剪承载力为119 kN.相同荷载比值下采用焊接抗剪件的界面相对滑移比栓钉小，即焊接抗剪件的抗剪刚度大于栓钉连接件.3)钢-超薄UHPC组合桥面板抗剪件设计中需要考虑整体和局部荷载效应的叠加，即除考虑整体纵向剪力包络图之外，还需考虑局部荷载下UHPC层的横向受力.理论计算表明，增加抗剪连接件布置密度能够减小UHPC层底部应力集中，并提高组合结构整体受力效率，在设计中应予以考虑.4)钢筋网局部焊接抗剪连接件作为一种新型的抗剪连接件形式，其抗剪承载力计算公式、抗剪刚度计算公式等研究内容还有待进一步探索.†通讯联系人，E-mail:**************.cn【相关文献】[1] 陈斌,邵旭东,曹君辉.正交异性钢桥面疲劳开裂研究[J].工程力学, 2012, 29(12):170-174. 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波形钢腹板-UHPC组合连续箱梁桥静力和抗震性能研究

波形钢腹板-UHPC组合连续箱梁桥静力和抗震性能研究朱平;丁子贤;张哲;邵旭东【期刊名称】《湖南大学学报:自然科学版》【年(卷),期】2022(49)11【摘要】为克服传统大跨预应力混凝土(Prestressed Concrete,PC)连续梁桥自重过大、跨中过度下挠和腹板开裂的问题,将超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)与波形钢腹板(Corrugated Steel Web,CSW)组合,提出大跨径CSWs-UHPC组合连续箱梁桥方案,对该结构的静力性能和抗震性能进行了计算分析,并将其与CSWs-普通混凝土(Normal Concrete,NC)组合连续箱梁桥和PC连续箱梁桥进行对比,结果表明:相比CSWs-NC组合箱梁桥和PC箱梁桥,CSWs-UHPC组合箱梁桥的自重分别降低45%和54%;CSWs-UHPC组合箱梁桥耐久性强、全寿命周期内的经济性具有竞争力;静力计算结果满足规范要求;合理中支点梁高与中跨跨径比Hs/L为1/16~1/22,中跨跨中与中支点合理梁高比Hm/Hs为1/1.5~(-0.2+0.029L/Hs);CSWs-UHPC组合箱梁桥横向弯曲自振频率小于PC箱梁桥,竖向弯曲自振频率略大于CSWs-NC组合箱梁桥及PC箱梁桥,较轻的上部结构可大幅降低惯性荷载,使CSWs-UHPC组合箱梁桥具有优异的抗震性能.这种新型组合桥梁可有效克服大跨径连续梁桥下挠、开裂的病害,大幅降低地震响应,是大跨径连续梁桥中具有较强竞争优势的结构型式.【总页数】12页(P45-56)【作者】朱平;丁子贤;张哲;邵旭东【作者单位】湖南大学土木工程学院;风工程与桥梁工程湖南省重点实验室(湖南大学);湖南工业大学土木工程学院【正文语种】中文【中图分类】U448.216【相关文献】1.波形钢腹板PC组合连续箱梁桥有限元静力验算2.大跨径波形钢腹板PC组合连续箱梁桥静力特性研究3.波形钢腹板PC组合连续箱梁桥有限元静力验算4.大跨径波形钢腹板-UHPC组合连续箱梁桥力学性能分析5.大跨径PC连续箱梁桥与波形钢腹板连续箱梁桥静力特性对比因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。