高性能材料与钢-混凝土组合结构桥梁

发布时间:2024-05-28 来源:鄂尔多斯科技成果转化平台
  • 持有单位:长安大学
  • 联系方式:15229365531
  • 技术应用领域:装备制造
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  • 转让方式:其他
  • 对接方:鄂尔多斯科技成果转化平台
  • 成果状态:成果发布
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成果介绍

针对桥梁结构在往复车辆荷载及复杂环境因素作用下出现的诸多病害,如混凝土开裂剥落、钢筋锈蚀、结构刚度降低等问题,研究团队将工程水泥基复合材料(ECC)、超高性能混凝土(UHPC)、磷酸镁水泥混凝提(MPCC)及碳纤维复合材料(CFRP)应用于钢-混组合结构桥梁及其加固补修中,取得了一些成果。

(1)钢-混组合梁负弯矩区采用 ECC 和 UHPC 可有效改善负弯矩区桥面板裂缝形态及分布,显著提高组合结构桥梁的刚度、承载力与耐久性。

(2)提出了适用于钢-UHPC 组合结构剪力键的荷载-滑移计算公式及抗剪承载力计算方法,应用 UHPC 可显著提升结构的抗剪承载力,裂缝细小,可有效阻止腐蚀因子的渗透,提高了结构的耐久性。

(3)开展了冻融腐蚀耦合作用下钢-ECC 组合剪力连接件抗剪力学性能研究,提出了适用于冻融-腐蚀影响下的栓钉连接件抗剪承载力计算公式。与钢-普通混凝土组合剪力连接件相比,钢-ECC 组合剪力连接件拥有更好的抵抗冻性能,冻融腐蚀后剩余性能更为优异,可有效提高结构的耐久性能,降低结构的维护成本。

(4)从加固效果、经济性及可操作性出发,团队提出了 CFRP 增强 ECC 加固桥梁结构的方法与技术,揭示 CFRP 增强 ECC 加固的钢筋混凝土梁的损伤演化机理,建立了加固梁的计算方法。CFRP 增强 ECC 加固的钢筋混凝土梁裂缝开展细密,耐久性提高,整体的力学性能得到显著提升,在实际工程中加固损伤结构可提升结构的性能,延长结构的服役年限,降低成本。

(5)开展了 MPCC 与 NC 界面抗剪粘结性能研究,对不同钢纤维掺量的MPCC 与 NC 界面采用多种界面处理方式(凿毛、键槽、植筋)并进行直接剪切试验,探究界面处理方式对界面粘结性能的影响,基于微观力学和断裂力学,揭示抗剪破坏全过程的力学损伤机理。因 MPCC 具有优异早强性能和抗冻性能,尤为适合抢修抢建或高寒地区工程,MPCC 具有优异的粘结补修加固性能。

(6)优化 CFRP 布布置形式,将 CFRP 布与 CFRP 筋结合的方式对损伤桥墩进行修复,研究加固墩柱墩柱表面 CFRP 布剥离规律、墩柱内钢筋及 CFRP 筋应力变化规律、对比分析加固桥墩各项抗震性能指标,评估加固方法对震后损伤桥墩的修复加固效果,提出基于 CFRP 筋和 CFRP 布的组合修复设计方法。

ECC、UHPC、MPCC 及 CFRP 等高性能材料具有优异的力学性能,对钢-混在组合梁负弯矩区以及桥梁结构的维修加固等领域,可有效改善结构的抗裂性能,提升结构的力学性能和耐久性能。


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