全预制UHPC薄壁盖梁抗剪性能试验研究

摘要

我国在“十三五”期间已将装配式建筑作为建筑业转型升级与战略性产业发展方向，在桥梁工程中，预制装配技术已在上部结构方面大量应用，但由于传统混凝土盖梁自重过大及整体吊装困难，大悬臂盖梁的装配难题成了装配式桥梁发展的一大掣肘。与此同时，超高性能混凝土(Ultra-High-PerformanceConcrete，以下简称UHPC)是一种具有超强力学性能的新型土木工程材料，已广泛在桥梁工程中使用。为推动UHPC在桥梁工程中的应用，利用UHPC解决传统盖梁在运输和浇筑引起的弊端，本文将UHPC应用到城市高架桥大悬臂盖梁中，并进行了一系列研究工作，具体如下：　　(1)首次提出了部分预应力全预制轻型UHPC薄壁盖梁的设计方案；完成了1根相似比1：2的大比例UHPC薄壁盖梁合计2次模型试验；获得了模型从加载到破坏的关键荷载、变形规律及裂缝分布形态等试验结果。试验及分析结果表明：本文提出的UHPC盖梁具有自重减轻40%、施工快捷等特点，能充分利用UHPC的超高抗拉性能和应变硬化特征，并具有优异的斜截面抗裂及抗剪性能。　　(2)基于材料力学公式，考虑UHPC的应变硬化特征，提出了UHPC结构斜截面开裂剪力的新型理论计算方法；并基于普通混凝土规范，考虑UHPC结构裂缝分布形态和结构形状系数，修正了斜裂缝宽度的计算公式。计算表明，本文公式计算结果与试验开裂剪力以及裂缝宽度吻合良好，可为实际工程UHPC抗裂设计提供参考。　　(3)按照各国规范对UHPC盖梁抗剪承载力进行计算对比，计算结果表明，各国规范均低估了UHPC结构的抗剪承载能力。为进一步分析UHPC盖梁抗剪承载能力极限值，本文基于修正压力场理论(Modified Compression Field Theory,MCFT)，编制了弯剪耦合作用时预应力UHPC盖梁的承载能力非线性计算程序，MCFT法程序较好的预测了盖梁的破坏荷载，可为其他UHPC结构的承载能力计算提供参考；此外，本文还采用有限元计算方法对UHPC盖梁的抗剪承载能力进行计算，有限元结果与试验现象符合较好。　　(4)基于模型试验及参数分析，对UHPC盖梁结构尺寸、配筋方式、施工工艺等提出优化建议，建议取消弯起钢筋、适当增加预应力筋，浇筑UHPC应增设抗浮措施等，该项研究内容可为UHPC盖梁及其他UHPC结构的应用提供参考。

目录

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目 录

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 盖梁研究现状

1.2.1 大悬臂盖梁施工方法

1.2.2 依托工程简介

1.3 UHPC 研究现状

1.3.1 UHPC 应用现状

1.3.2 抗裂研究现状

1.3.3 抗剪研究现状

1.4 全预制 UHPC 轻型盖梁

1.4.1 全预制 UHPC 轻型盖梁概念

1.4.2 全预制 UHPC 轻型盖梁分析

1.4.3 全预制 UHPC 轻型盖梁优势

1.5 本文主要研究内容

第2章 全预制 UHPC 薄壁盖梁抗剪试验

2.1 概述

2.2 相似比

2.3 UHPC 盖梁模型设计方案

2.4 UHPC 盖梁模型试验方案

2.4.1 浇筑方案

2.4.2 加载方案

2.4.3 测试方案

2.5 UHPC 盖梁模型试验结果

2.5.1 收缩测试结果

2.5.2 UHPC 材性试验

2.5.3 预应力张拉阶段结果

2.5.4 第一次试验

2.5.5 第二次试验

2.5.6 试验结论

2.6 本章小结

第3章 全预制 UHPC 薄壁盖梁斜截面抗裂分析

3.1 概述

3.2 斜截面开裂影响因素分析

3.2.1 剪跨比

3.2.2 受力状态与截面特征

3.2.3 UHPC 抗拉强度

3.2.4 箍筋及纵筋

3.3 斜截面开裂剪力计算公式

3.3.1 公式推导

3.3.2 斜截面抗裂强度

3.4 斜截面裂缝宽度计算公式

3.4.1 CEB-FIP 公式

3.4.2 UHPC 斜裂缝宽度修正公式

3.5 本章小结

第4章 全预制 UHPC 薄壁盖梁抗剪承载能力分析

4.1 概述

4.2 各国规范计算

4.2.1 法国规范

4.2.2 瑞士指南

4.2.3 中国规范

4.2.4 各部分抗剪贡献

4.3 基于 MCFT 法理论分析

4.3.1 基本假定

4.3.2 非线性分析程序总框图

4.3.3 计算值与试验结果对比

4.4 有限元计算

4.4.1 模型建立

4.4.2 有限元计算结果

4.5 本章小结

第5章 全预制 UHPC 薄壁盖梁设计建议及施工工艺

5.1 概述

5.2 UHPC 盖梁结构尺寸建议

5.2.1 腹板厚度

5.2.2 底板厚度

5.2.3 盖梁高度

5.3 UHPC 盖梁配筋方式建议

5.3.1 弯起钢筋

5.3.2 配箍率

5.3.3 配筋率

5.4 UHPC 盖梁施工工艺建议

5.4.1 防上浮装置

5.4.2 浇筑及振捣

5.4.3 养护及拆模

5.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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