节段拼装活性粉末混凝土箱梁桥力学性能与施工控制研究

摘要

超高性能活性粉末混凝土应用于预制节段拼装梁式桥中，不仅能有效减轻结构自重、增加结构抵抗使用荷载的有效性，还能充分发挥其在热养护条件下收缩徐变小且耐久性好的优点，是一种极具应用前景的新型水泥基材料。普通混凝土箱梁由于受力及构造的要求，顶板厚度一般为28cm-32cm，冲切问题不突出。但活性粉末混凝土箱梁顶板做的很薄，板的跨高比较大，这时抗冲切承载力可能对板的破坏起控制作用，成为这种结构体系设计的关键问题。
　　本文依托国内首座活性粉末混凝土人行天桥—长沙市北辰三角洲横四路天桥为工程背景，对预制节段拼装活性粉末混凝土箱梁桥的力学性能和施工控制关键技术进行了研究，主要内容有：
　　（1）建立横四路天桥的MIDAS有限元模型，研究其力学性能；
　　（2）研究预制节段拼装箱梁桥的施工控制时的关键参数和主梁满堂支架安装的施工控制方法；
　　（3）建立RPC桥面板的ANSYS有限元模型，研究其受力机理。得出的主要结论有：
　　（1）采用RPC后，可使桥梁最大跨径增大81.5％，主梁各板件截面缩小变薄约25%-64%，建筑高度减小约13%，主梁跨高比由1/14减为1/27，在显著减轻结构自重的同时，有效地增大了桥梁跨径，降低了墩柱被车辆撞击的风险；
　　（2）RPC箱梁桥的整体和局部受力性能均满足规范要求，且使用阶段应力以及变形验算与更严格的规范限值相比尚有较大的安全储备；
　　（3）RPC箱梁桥的自振频率满足我国规范要求，在人行荷载和车行荷载作用下的桥梁最大加速度满足英国舒适度指标要求。300kN级重车通过RPC箱梁桥时的最大速度应控制在20km/h以下；
　　（4）预制节段拼装桥施工应严格根据计算得出的预制线形和安装线形进行控制；
　　（5）对于局部荷载作用面积为方形的RPC板，3cm-4cm的荷载作用面积边长是其破坏形式（弯曲破坏或冲切）的转化边界。随着板厚的增加，RPC结构的极限承载能力显著提高，且板厚对发生弯曲破坏的RPC结构极限承载力的影响较发生冲切破坏的RPC板更为显著。
　　（6）基于受力性能以及构造的要求，建议将RPC桥面板体系的最小板厚控制在6cm。

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第 1章绪 论

1.1 研究背景

1.2 活性粉末混凝土的工程应用

1.3 冲切研究现状

1.4 研究的工程背景以及面临的问题

1.5 本文的主要工作

第 2章活性粉末混凝土箱梁桥设计与分析

2.1 概述

2.2 原普通混凝土桥方案

2.3 活性粉末混凝土箱梁桥方案

2.4 方案对比

2.5 规范适用性讨论

2.6 分析模型

2.7 承载力极限状态分析

2.8正常使用极限状态分析

2.9 本章小结

第3章 活性粉末混凝土箱梁桥动力分析

3.1 概述

3.2 桥梁的人行荷载特点

3.3 桥梁竖向人行激励振动设计规范

3.4 RPC箱梁桥动力分析

3.5 本章小结

第4章 RPC箱梁桥的施工工艺与控制

4.1 施工工艺

4.2 施工的拼装形式

4.3 剪力键的构造与接缝的受力性能

4.4 RPC箱梁桥施工控制关键参数

4.5 本章小结

第5章 RPC桥面板冲切性能分析

5.1 概述

5.2 试验背景

5.3有限元模型的建立

5.4 试验有限元计算结果

5.5 参数分析

5.6 本章小结

结论与展望

主要结论

展望

参考文献

致谢

附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）