轻型组合桥面UHPC层的弯拉静力及疲劳性能试验研究

摘要

基于现代桥梁和组合结构的发展要求，针对常规正交异性钢桥面的两大难题，湖南大学邵旭东教授提出将配筋UHPC通过抗剪连接件与钢桥面板形成组合结构而协同受力，即钢-UHPC轻型组合桥面系。
　　本文为探究该组合桥面系的横向抗弯性能，对10块钢-UHPC组合简支板进行试验研究及其开裂强度与承载力分析，得出：保护层厚度与截面配筋率对UHPC层开裂荷载影响十分显著，设计时应当将横桥向钢筋置于纵桥向钢筋之上，并适当提高配筋率；当裂缝宽度小于0.2mm时，荷载与最大裂缝宽度关系近似线性。正弯矩作用下，纯弯段裂缝间距几乎与横向钢筋的间距相同；在极限荷载前，荷载与最大裂缝宽度关系近似线性；钢板将纯弯段UHPC最大裂缝宽度有效限制在0.2mm左右。采用弹性分析方法计算 UHPC的开裂强度为18.4MPa~32.7MPa，大于实桥荷载作用下UHPC顶面横向拉应力；采用塑性分析方法计算钢-UHPC组合板的抗弯承载力，与试验值吻合较好。
　　本文基于已建的肇庆马房大桥与在建的岳阳洞庭湖二桥均采用了带纵向开口加劲肋的轻型组合桥面，开展了不同配筋率的工字钢梁-UHPC轻型组合梁弯拉疲劳试验研究，得出：该轻型组合梁低、高配筋率的UHPC层静力弯拉开裂强度 fcr分别为33.2MPa与54.6MPa；当 UHPC拉应力幅均为0.49 fcr~0.15 fcr时，低、高配筋UHPC层的等效脉动应力分别为14.8MPa、24.3MPa，低、高配筋截面钢-UHPC轻型组合梁分别历经273.4万次、374.0万次弯拉疲劳荷载后，其整体抗弯刚度只稍微减小，UHPC顶面只出现一条细小横向裂缝，说明该轻型组合梁具有良好的抗弯拉疲劳性能；随着截面配筋率的提高，UHPC层的疲劳开裂寿命明显延长，UHPC剩余弯拉强度越大，并且剩余强度与静载强度的比值也越大。
　　本文分别采用Mode code2010中的推荐公式、基于我国GB50010-2010规范的修正公式与法国UHPFRC-2013规范的推荐公式计算钢-UHPC轻型组合板的裂缝宽度，对比计算结果与试验值可知：基于我国GB50010-2010规范的修正公式可用于预测组合板在负弯矩作用下的开裂荷载，预测值有一定精度且偏安全；对于对于保护层厚较大的组合板，当裂缝宽度小于0.1mm时，可用法国UHPFRC-2013规范的推荐公式的折减计算值来预测负弯矩作用下UHPC顶面的最大裂缝宽度。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 钢桥面两大技术难题

1.3 针对正交异性钢桥面疲劳开裂的修复方法

1.4 超高性能混凝土概述

1.5 钢-UHPC轻型组合桥面板

1.6 本文主要研究目的与主要研究内容

第2章 钢-UHPC组合板受弯性能的试验研究

2.1 研究思路

2.2 试验概况

2.3 试验结果及分析

2.4 理论分析

2.5 本章小结

第3章 轻型组合梁UHPC层的弯拉疲劳性能试验研究

3.1 研究思路

3.2 试验模型

3.3 静力试验

3.4 疲劳试验

3.5 实桥UHPC疲劳开裂寿命估算

3.6 本章小结

第4章 轻型组合桥面UHPC层的弯拉裂缝宽度计算

4.1 普通钢筋混凝土的裂缝宽度计算方法

4.2 配筋纤维混凝土的裂缝宽度计算方法

4.3 配筋UHPC的裂缝宽度计算方法

4.4 常规钢-混组合梁负弯矩区的裂缝宽度计算

4.5 轻型组合桥面UHPC层的弯拉裂缝宽度计算

4.6 本章小结

总结与展望

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