预制大悬臂预应力UHPC薄壁盖梁抗弯性能试验研究

摘要

预制普通混凝土盖梁的自重大，运输不便且安装困难。而现浇混凝土盖梁的工期长，施工会阻碍交通且耐久性差。本文从实现盖梁的轻型化、快速施工、强度高、耐久性好的工程需求出发，采用UHPC替代普通混凝土，提出一种全新的预制大悬臂预应力UHPC薄壁盖梁结构，减轻了运输和吊装重量，极大地减少现场施工工序。为探究该结构的抗弯及抗裂性能，结合依托工程，设计了一片1∶2大比例缩尺模型并完成了全过程加载测试，并结合试验结果进行了理论分析。主要研究内容和结论如下：　　(1)基于依托工程，提出了新型预制大悬臂预应力UHPC薄壁盖梁，采用法国和瑞士UHPC规范对其抗弯、抗剪及抗裂进行了验算。该方案减轻盖梁自重40%左右，实现了预应力一次性张拉完成，可一次吊装到位，从而实现全预制拼装的工艺要求。　　(2)完成了一片1∶2大比例预制大悬臂预应力UHPC薄壁盖梁的抗弯试验，获得了试验盖梁加载全过程的试验结果。结果表明：试验盖梁表现出良好的受力和变形性能，在接近1.8倍荷载基本组合时破坏；抗裂性能良好，在1.2倍荷载频遇组合时，产生0.05mm的宽的临界裂缝，裂缝分布密集、均匀，表现出多元分布特征。　　(3)考虑UHPC受拉贡献，分析讨论了初裂弯矩、名义开裂弯矩及抗弯承载力的计算方法。根据本文方法计算得到的抗弯承载力和开裂弯矩与试验结果吻合良好，且偏于安全，建议计算初裂弯矩和名义开裂弯矩时塑性影响系数分别取为1.0和2.0；建议在计算承载力时，受拉区均匀应力分布换算系数k取为0.6。　　(4)基于已有研究成果，本文提出了四种轻型UHPC盖梁设计方案，并对各方案的受力性能、经济性和施工工艺进行了对比分析，为全预制UHPC盖梁的应用和发展提供参考，完善了我国桥梁预制拼装施工工艺。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 超高性能混凝土

1.2.1 UHPC 材料概述

1.2.2 UHPC 材料的应用现状

1.3 盖梁研究现状

1.3.1 盖梁概述

1.3.2 研究现状

1.4 依托工程及 UHPC 盖梁方案

1.4.1 依托工程概况

1.4.2 UHPC 盖梁方案

1.5 本文主要研究内容

第2章 大悬臂预应力 UHPC 轻型盖梁的计算分析

2.1 概述

2.2 荷载工况

2.3 计算过程

2.3.1 计算模型

2.3.2 计算结果

2.4 承载能力验算

2.4.1 抗弯承载能力验算

2.4.2 抗剪承载能力验算

2.5 抗裂验算

2.6 本章小结

第3章 大悬臂预应力 UHPC 薄壁盖梁抗弯试验

3.1 试验目的与概述

3.2 预应力 UHPC 盖梁模型

3.2.1 试验盖梁

3.2.2 试验盖梁制作

3.3 加载方案

3.4 测试方案

3.4.1 收缩应变测点

3.4.2 钢筋应变测点

3.4.3 UHPC 应变测点

3.4.4 挠度测点

3.4.5 预应力测点

3.5 本章小结

第4章 试验结果及分析

4.1 概述

4.2 盖梁收缩应变

4.2.1 收缩应变结果

4.2.2 收缩应变分析

4.3 UHPC 材性试验

4.3.1 立方体抗压强度

4.3.2 棱柱体抗压强度

4.3.3 弹性模量

4.3.4 抗折强度

4.4 预应力张拉

4.4.1 预应力筋张拉流程

4.4.2 永存张拉预应力

4.4.3 盖梁变形

4.5 正式加载试验结果

4.5.1 荷载-位移曲线和试验全过程

4.5.2 试验现象观察与裂缝形态

4.5.3 荷载-预应力增量关系

4.5.4 典型荷载-应变响应

4.6 本章小结

第5章 预制大悬臂预应力 UHPC 薄壁盖梁抗弯性能分析

5.1 概述

5.2 抗裂性能分析

5.2.1 抗裂性能评估方法及实验结果

5.2.2 抗裂弯矩计算模式研究

5.2.3 抗裂弯矩计算结果

5.3 抗弯承载力分析

5.3.1 抗弯承载力计算模式

5.3.2 按规范计算极限承载力

5.3.3 抗弯承载能力计算方法分析

5.4 本章小结

第6章 UHPC 盖梁设计方案

6.1 概述

6.2 盖梁轻型化处理方式

6.3 UHPC 轻型盖梁方案

6.3.1 方案一：预应力 UHPC 箱形盖梁

6.3.2 方案二：UHPC 工字形盖梁

6.3.3 方案三：UHPC 倒 U 形盖梁

6.3.4 方案四：钢—UHPC 箱式盖梁

6.4 方案评价

6.4.1 受力性能

6.4.2 经济性

6.4.3 技术合理性

6.4.4 方案对比

6.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文