正交异性钢-UHPC轻型组合桥面结构湿接头抗弯性能研究与试验.docx

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1、正交异性钢-UHPC轻型组合桥面结构湿接头抗弯性能研究与试验正交异性钢桥面疲劳开裂以及铺装层易破损是传统正交异性钢桥面结构常见的两大病害问题,采用在正交异性钢桥面板上设置超高性能混凝土(UltraHighPerformanceConcrete,UHPC),将钢桥面转变成轻型组合桥面可以有效地解决这两大问题。针对正交异性钢-UHPC轻型组合桥面整体现浇养护技术难题,为了科学合理的推进其结构工程应用,需要提出合理且性能优良的钢-UHPC轻型组合桥面结构湿接头形式,而目前相关研究匮乏。本文以钢-UHPC轻型组合桥面结构湿接头为研究对象,提出了钢-UHPC加密钢筋湿接头、加强钢板强化湿接头、企

2、口接缝湿接头和异形钢板湿接头方案,对其静力弯曲性能进行了试验研究和理论分析,并分析了湿接头实桥设置位置及其计算抗裂安全度。本文主要开展了以下研究工作:(1)基于传统正交异性板弯曲微分方程及其经典解析形式分析降低正交异性钢桥面结构内力及变形的措施,并根据轻型组合桥面结构的组成特点分析影响其弯拉性能的主要因素,介绍了UHPC材料的性能以及基于复合力学理论纤维混凝土裂后强度计算方法,然后基于实桥钢-UHPC轻型组合桥面结构计算结果分析了变更桥面板后主缆索力和钢桥面板各计算控制点应力变化。(2)钢-UHPC加密钢筋湿接头静力弯曲受拉性能。通过配置加密钢筋来加强接缝处UHPC之间的结合能力,以U

3、HPC接缝配筋率为可变参数设计并制作了包含1种常规平面接口湿接缝和4种不同加密钢筋湿接缝构造形式的钢-UHPC组合结构并进行了静力受弯试验;基于试验结果分析了钢-UHPC组合结构湿接缝的静力弯曲受拉力学性能和抗裂性能。基于钢-UHPC加密钢筋湿接头受力模型建立适用于钢-UHPC组合结构加密钢筋湿接头弯曲受拉作用下的UHPC接缝裂缝宽度计算公式。(3)加强钢板强化湿接头静力弯曲受拉性能。通过在接缝处设置强化钢板来提高湿接头的弯拉性能,设计并制作了包含3种加强钢板湿接头连接形式的试验梁并进行了静力受弯试验;基于试验结果分析了钢-UHPC组合结构湿接缝的静力弯曲受拉力学性能和抗裂性能;基于加

4、强钢板强化湿接头受力模型提出适用于钢-UHPC组合结构焊接钢筋形式强化湿接缝弯曲受拉作用下的UHPC接缝裂缝宽度计算方法。(4)企口接缝湿接头静力弯曲受拉性能。通过企口“咬合”来加强UHPC接缝之间的结合能力,设计并制作了1片包含3个U肋的企口接缝装配式试验梁并进行了静力受弯试验,分析了钢-UHPC组合结构湿接缝的静力弯曲受拉力学性能和抗裂性能;基于UHPC企口接缝受力模型及有限元分析,提出了适用于钢-UHPC组合结构企口接缝弯曲受拉作用下的UHPC接缝裂缝宽度计算方法。(5)异形钢板湿接头静力弯曲受拉性能。通过异形钢板“刚性锁定”作用来提高湿接头的弯拉性能,设计并制作了1片包含3种不

5、同角度异形钢板湿接头和1种焊接钢筋网湿接头构造形式的试验梁并进行了静力受弯试验,分析了钢-UHPC组合结构湿接缝的静力弯曲受拉力学性能和抗裂性能;基于异形钢板湿接头受力模型,提出了适用于钢-UHPC组合结构异形钢板接缝弯拉作用下的接缝裂缝宽度计算方法。对各典型湿接头的力学性能和抗裂性能进行了比较,为桥梁采用考虑耐久性的不同类型湿接头设计提供参考。并以虎门大桥为例,分析了湿接头设置位置及其计算抗裂安全度。