新型钢-混凝土组合桥面板结构与材料研究

摘要

钢-混凝土组合桥面板是指将钢与混凝土组合成的桥面板安装在钢主梁上，使桥面板与梁共同受力的桥面梁结构形式。目前，混凝土桥面板自重大、钢桥面板耐久性差、叠合桥面整体性低，导致采用这类桥面板的桥梁，在大交通量反复作用下，桥面板病害多、维修周期短、基础建设费用高，且桥面负弯矩区易开裂、渗水导致梁体锈蚀，影响桥梁服役寿命。针对这一问题，本文依托主跨320m钢管混凝土拱桥的广安官盛渠江大桥，开发了钢-混凝土组合桥面板，该结构自重轻、整体性好、成本低、不需要模板，且全部工厂预制、施工简便、质量易控制，已广泛用于中小跨径立交桥、特大跨钢管混凝土拱桥、斜拉桥等工程。论文研究成果如下：
　　开发了低收缩轻质超高韧性水泥基复合材料，采用预湿保水的高强陶砂和细粒高强陶粒（5～10mm）替代普通ECC材料中的石英砂，利用充分预湿的陶粒、陶砂对水泥基材料的内养护作用，降低材料收缩和表观密度；掺加EA AC-Ⅱ型膨胀剂补偿收缩，进一步降低水泥基材料的收缩；选用多锚点钢纤维与不同尺寸的PVA纤维混杂增韧，减少PVA掺量，改善工作性能的同时提高韧性；选择超分散、保塑降粘型减水剂，进一步提高其工作性能，实现其泵送施工，制备出容重1840kg/m3、28d抗压强度62MPa、抗折强度9.2MPa、180d干燥收缩率126×10-6、弹性模量8.76GPa、弯曲韧性指数I2024.01、在0.65应力水平下抗弯拉疲劳寿命达到320万次的低收缩轻质超高韧性水泥基材料。
　　基于所开发的低收缩轻质超高韧性水泥基材料，提出了在桥面梁上设置“钢顶板+剪力板+贯穿钢筋+钢筋网+高韧性水泥基材料”的新型钢-混凝土组合桥面板结构，通过有限元力学模拟分析、1:2缩尺模型的静、动力试验，研究了组合桥面板的力学行为，论证了剪切性能、极限承载能力、抗弯拉疲劳性能的影响规律，据此确定了水泥基材料强度等级与顶钢板、开孔钢板、钢筋网等构件的结构设计参数：在桥面梁上设置厚6～10mm顶钢板，顶钢板上依据桥面梁的支撑条件设置高50～80mm、间距300～500mm的带圆孔剪力板，圆孔直径φ40～60mm，圆孔中心间距100～150mm，在圆孔内穿φ12mm钢筋，剪力板上设置间距100～150mm的纵横钢筋，再在其上浇筑120～200mm厚的高韧性水泥基材料。
　　通过疲劳模型试验揭示了新型组合桥面板的疲劳寿命是其设计服役寿命的2倍，桥面板服役期间因疲劳而导致的应力增量小、刚度衰减较低，其抵抗车辆荷载作用时的抗弯拉疲劳开裂性能优异。
　　本文研究的新型钢-混凝土组合桥面板结构自重轻、刚度大、承载能力强、耐疲劳性能好，且施工简便、建设成本低，具有广泛的推广应用前景。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 钢-混凝土组合板研究现状

1.3 研究内容

第二章 新型钢-混凝土组合桥面结构设计

2.1 新型钢-混凝土组合桥面板结构

2.2 钢-混凝土组合桥面板有限元分析

第三章 低收缩轻质超高韧性水泥基材料的设计与制备

3.1 低收缩轻质超高韧性水泥基材料设计方法

3.2 原材料

3.3 低收缩轻质超高韧性水泥基材料开发

3.4 低收缩轻质超高韧性水泥基材料耐疲劳性能

3.5 制备工艺对水泥基材料性能的影响

第四章 新型钢-混凝土组合桥面结构稳定性研究

4.1 新型钢-混凝土组合桥面板体积稳定性研究

4.2 混凝土干缩对钢-混凝土组合结构界面稳定性研究

4.3 新型钢-混凝土组合桥面板界面剪切性能研究

第五章 新型钢-混凝土组合桥面板抗弯拉力学行为研究

5.1 试验方案设计

5.2 静力试验

5.3 疲劳试验

5.4 铺装层混凝土材料对组合桥面板力学行为的影响

第六章 结论

致谢

参考文献

硕士期间发表论文及参与研究项目