摘要：针对现有装配式桥梁结构中共性的技术难题,提升装配式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,研发了具有高施工性能、高使用性能和高耐久性能的高性能装配式桥梁结构体系.本文介绍了笔者团队研发的3类高性能装配式桥梁结构:(1)装配式UHPC箱梁结构;(2)全预制UHPC "π"形梁;(3)全预制钢-UHPC轻型组合"π"形梁.通过大量的试验研究和理论分析,掌握了各类装配式UHPC桥梁结构的基本受力性能,并初步建立了计算理论和设计方法.研究结果表明:(1)等强度承载条件下,装配式UHPC桥梁结构自重可降为传统结构的40～50%,以方便运输,实现大构件快速化架设;(2)因UHPC中钢筋锚固长度仅需10倍钢筋直径,现场各梁间结合部可大幅度缩小,可实现现场零焊接,减少现场作业量,并完全规避节点开裂、渗漏的风险;(3)结构抗腐蚀、抗冻、防渗漏性能优良,基本实现结构设计寿命周期内免维护.综合而言,基于UHPC材料的高性能装配式桥梁结构有望突破现有装配式桥梁中的技术瓶颈,具有广阔的应用前景.

摘要：针对一种超大跨径单向预应力超高性能混凝土(UHPC)连续箱梁桥,为探讨其具有密集横隔板构造的桥面板在局部轮载作用下的双向受力性能,开展了1∶5缩尺模型试验和有限元数值模拟,并以此为基础,对桥面板的轮载双向分配与控制截面内力计算问题进行了初步推导与计算。结果表明:5.5倍设计车轮局部荷载作用下,试验工况桥面板仍处于线弹性受力阶段;具有密集横隔板构造的UHPC箱梁桥面板属双向受力构件,纵桥向成为主受力方向;线弹性受力阶段,最不利正弯矩工况下桥面板轮载纵横桥向分配比在疏隔板侧约为1∶0.64,在密隔板侧约为1∶0.53,轮载分配趋于均匀,桥面板受力效率提高;桥面板负弯矩以横隔板支承处纵桥向弯矩为控制值,现行规范的内力算法应用于该桥面板尚存在一定偏差。

摘要：自锚式悬索桥以其结构造型美观和对地形和地质状况适应性强等优点,成为城市里100～400m跨径范围内极具竞争力的桥梁方案.三汊矶湘江大桥是一座主跨328m的大跨度自锚式悬索桥,主缆通过钢锚箱锚固在加劲梁两端.由于主缆直接锚固在加劲梁的两端,设置合理的锚固结构以保证主缆与加劲梁连接的强度、刚度、稳定性和主缆的轴力平顺传递,成为自锚式悬索桥设计的关键问题之一.总结钢自锚式悬索桥主缆的三种锚固型式：混凝土结构锚固、钢结构锚固和环形锚固,分析各自的优缺点和适用范围.对三汊矶湘江大桥的主缆锚固结构进行空间有限元分析和1：3.2大比例模型试验.计算和试验结果都表明,在设计索力状态下,锚固结构各构件的应力在70～130MPa之间;在1.6倍超载索力状态下,应力都在200MPa以下.验证大桥锚箱式锚固结构的安全性和可靠性,为自锚式悬索桥锚固结构的设计提供直接的指导.

摘要：为方便布置体内预应力束和进一步改善桥面板受力状态,对大跨单向预应力UHPC(Ultra-high Performance Concrete)连续箱梁桥的桥面体系进行优化设计,提出新型正交异性UHPC矮肋板桥面体系方案。以广东省某桥为工程背景,进行了基于正交异性UHPC矮肋板桥面体系方案的UHPC箱梁结构试设计并开展相关的试验研究。结果表明:(1)与矩形桥面板方案相比,优化的正交异性UHPC箱梁矮肋板桥面体系自重可减少17.0%,并可在矮肋板纵肋处方便地布置体内束;与华夫桥面板方案相比,可在不明显增加桥面体系自重的前提下,大幅减小桥面板的纵向应力,降幅可达46.8%;(2)基于正交异性UHPC矮肋板桥面体系的UHPC箱梁方案试设计整体计算满足受力要求,桥面体系计算中标准组合作用下桥面板最大纵向拉应力2.66MPa,横隔板最大横向应力6.09MPa;(3)试验及计算结果表明,矮肋板试件初裂名义应力8.84MPa,抗裂设计名义应力限值10.70MPa,UHPC箱梁横隔板上弦板底面横向应力达到8.43MPa时仍处于线弹性受力阶段,表明试设计方案能满足设计要求。

摘要：对适用于轻型组合桥梁负弯矩区的T形横向接缝抗弯性能进行试验研究,对负弯矩加载接缝的全过程进行理论分析,对接缝设计参数进行讨论.研究结果表明,随着荷载的增大,试件的主裂缝出现在连续浇筑的UHPC接缝界面和加载点下方的面板表面,试件中部未发现明显裂纹,UHPC接缝界面的可视初裂强度可以满足实桥设计荷载.对试验梁进行分析,提出接缝最大裂缝宽度、考虑UHPC拉伸刚度效应的设计弯矩和挠度计算公式,获得每阶段承载力的计算式,预测结果与试验结果吻合良好.通过参数讨论和计算可知,跨度L=20~50 m的轻型组合桥梁T形接缝上部加长长度可以设置为0.1L.

摘要：为提高钢-混组合梁桥负弯矩区混凝土桥面板的抗裂性并简化现场施工工艺,提出新型钢-混组合梁桥负弯矩区超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)接缝方案。以湖南省某桥为工程背景,进行1∶2缩尺模型抗弯试验研究;编制截面弯矩-曲率关系MATLAB程序,并与实测值进行对比,验证该程序可用于计算UHPC覆盖下的普通混凝土(NC)中钢筋应力;对现有NC裂缝宽度规范公式进行修正,提出考虑UHPC约束作用的组合梁负弯矩区NC最大裂缝宽度的建议公式;讨论钢-混组合梁桥负弯矩区UHPC湿接缝合理的纵桥向长度,分析UHPC层厚度及层内配筋对抗裂性能的影响。研究结果表明:新型UHPC接缝方案的抗裂性能和抗弯承载能力均满足工程要求,且接缝节点强度高于非接缝区预制部分强度;负弯矩作用下,试件沿梁高的应变较好地满足平截面假定,钢梁与混凝土板及UHPC与NC间的层间滑移量均较小;UHPC裂缝呈现“多而细”的特征,而NC裂缝呈现“少而宽”的特征,预制部分混凝土顶面最先开裂,之后UHPCNC交界面、UHPC顶面、UHPC覆盖下的NC侧面依次出现裂缝;对于负弯矩区采用UHPC接缝的中小跨径钢-混组合连续梁桥,UHPC层的纵桥向长度宜为20%标准跨径,UHPC层厚度可根据实际工程设计要求确定,增大桥面板内钢筋直径可以提高负弯矩区混凝土的抗裂性能。

摘要：地震作用下桥梁结构响应结果的准确性很大程度上依赖于其建立的有限元模型.以一座三跨规则连续梁为例,系统地总结和研究了进行桥梁抗震设计时不同构件和边界条件的模拟方法,并采用3种方法分别建立了集中参数模型、简化模型和精细化模型,在输入相同的地震波后进行非线性时程分析,并对其响应结果进行比较.分析结果表明:采用前两种简化模型计算的结果误差很大,且较难反映支座、横向挡块和伸缩缝等构件的非线性响应;采用精细化模型计算的结果能更准确地反映桥梁结构的多种非线性响应,更好地适用于基于性能的桥梁抗震设计.

摘要：为了掌握和模拟全无缝桥梁接线路面弹塑性拉伸特性,本文基于钢筋和混凝土的单轴拉伸平均应力-应变本构模型,推导出接线路面的宏观弹塑性拉伸P-Δ理论模型;并对室内总长28 m的接线路面足尺模型,进行了拉伸试验。结果显示:(1)接线路面的理论与实验拉伸P-Δ骨架曲线在钢筋屈服前后都吻合得很好,可以直接用于全无缝桥梁抗震设计和损伤评估;(2)接线路面实验模型的拉伸变形量Δ高达14 cm时,仍未拉断,其延性甚好、有利于抗震。

摘要：正交异性钢桥面是目前800m以上国内外特大跨径钢桥的唯一选择,主因是自重轻、强度高、架设方便。但其存在疲劳开裂风险大、运维成本高的缺点。随着高性能材料UHPC的研发和应用,为构建自重轻、病害少、经济性好的桥面新结构提供了可能性。经过多年研究,作者提出一种新型桥面板结构——型钢-UHPC轻型组合桥面结构,将型钢、钢板条与UHPC组合,桥面板的形成无任何板件焊接,因而具有高抗疲劳性,且与传统钢桥面相比,自重持平、造价减半,可作为除“正交异性钢桥面”外的“第二种”大跨径钢桥的桥面结构方案。该文研究这种轻型组合桥面板预制板及横向接缝的抗弯性能,制作4个条带模型(包括2个预制板试件和2个接缝试件),开展三点弯曲的横向接缝负弯矩试验和预制板正弯矩试验,并对试验结果进行分析;基于“条带法”建立预制板试件极限承载力计算模型,提出接缝试件的UHPC开裂名义拉应力计算方法;基于某斜拉桥应用实例,进行整体计算和局部计算,验证新型组合桥面结构在实桥上应用的可行性。研究结果表明:(1)型钢与UHPC间在极限状态前相对滑移非常小,具有良好的协同受力性能;(2)预制板试件的正弯矩极限承载力以型钢屈服控制,而接缝试件负弯矩极限承载力以UHPC开裂和加密钢筋断裂控制;(3)接缝试件的“T形”接缝、加密钢筋、燕尾形的企口、交错式切割型钢钢条等构造设计对接缝整体抗弯拉性能有很好的提高效果;(4)预制板试件极限承载力计算模型所得计算值与试验值吻合良好,该模型搭配名义拉应力计算方法,可帮助工程实际问题的设计与应用;(5)试验结果与实桥的有限元计算值相比,新型桥面结构均有1.3倍以上的安全系数,新型组合桥面应用于实桥具有可行性。

摘要：针对斜拉桥传统钢-混组合梁的不足,提出双边工字钢-UHPC桥面板组合梁。以湖南马路口资水大桥为依托,分别采用有限元软件MIDAS和ANSYS建立全桥模型和主梁节段模型,分析组合梁的受力性能,制作UHPC桥面板模型试件进行弯曲试验,研究UHPC桥面板的受力性能。结果表明:荷载组合作用下,钢主纵梁、钢横梁的最大正应力分别为223 MPa、197MPa,最大剪应力分别为145MPa、65MPa,小于钢材强度设计值;顺桥向、横桥向弯曲构件破坏时的名义拉应力分别为63.2MPa、34.5MPa,初裂应力分别为23.2MPa、10.4MPa,UHPC桥面板的抗弯承载能力满足要求,且具有良好的抗裂性能。