UHPC空心板梁桥铰缝受力性能研究

摘要

空心板梁桥具有施工简便、受力简单、可工厂集中预制等优点，在我国中小桥梁中具有广泛的适应性。然而，在工程实践中发现，空心板梁桥铰缝损坏现象十分普遍。究其原因，一方面，现行的空心板梁桥铰缝的计算方法采用铰接板理论，该理论假定铰缝作为剪力键，只传递剪力，不传递弯矩，实际上，有关研究表明空心板梁桥铰缝除了传递剪力外，还传递一定的弯矩，使用铰接板理论作为空心板梁桥铰缝的计算方法具有一定的误区;在另一方面，空心板梁桥铰缝材料采用的是普通混凝土材料，而普通混凝土材料力学性能较差，与旧混凝土的粘结强度较低，在外部弯剪复合荷载作用下，难以满足使用要求。而UHPC材料具有优异的力学性能及较高的界面粘结强度，将其作为空心板梁桥现浇铰缝具有广大的应用前景。　　在本文中，探讨不同深铰缝型式及铰缝材料(常规型NSC铰缝、常规型UHPC铰缝、加强型UHPC铰缝)的铰缝梁在弯剪作用下铰缝粘结面的开裂强度、铰缝粘结面的裂缝发生发展规律以及铰缝梁的破坏情况等。在开展有关铰缝梁试验后，使用ABAQUS建立铰缝梁模型，进行有关铰缝梁弯剪性能的数值分析。在本论文中，得出如下几点结论：　　(1)使用ABAQUS建立空心板梁桥的全桥模型，对其进行整体弹性受力分析，研究空心板梁桥铰缝的受力情况，根据其计算结果，在最不利荷载作用下，空心板梁桥铰缝的横向除了传递剪力外，还传递一定的弯矩。　　(2)在铰缝梁试验中，现浇UHPC材料的铰缝梁(N-U，E-U试件)抗弯剪能力大于现浇NSC材料的铰缝梁(N-N试件)，N-U试件承载力较N-N试件提高近215.1%，E-U试件承载力较N-N试件提高近543.4%，N-N表现为铰缝粘结面处开裂破坏，N-U试件表现为预制NSC部位破坏，E-U试件表现为剪压破坏。　　(3)铰缝梁受力薄弱的部位基本是在铰缝粘结界面处，常规型UHPC铰缝梁(N-U)、加强型UHPC铰缝梁(E-U)的开裂荷载较常规型NSC铰缝梁(N-N)的开裂荷载分别高近477%，794%。　　(4)E-U试件破坏模型类似于整体梁，倒T型UHPC铰缝能将预制构件牢牢连接在一起，形成整体，共同受力，可以很好应用于空心板梁桥。　　(5)本文中使用ABAQUS建立的铰缝梁有限元模型适用性较好，铰缝梁的模型数值分析结果与实际试验结果吻合度较高。　　(6)通过对不同弯剪比铰缝梁的有限元模拟分析，不论铰缝梁试件的弯剪比如何，采用倒T型、键齿+倒T型、键齿+工型铰缝结构形式铰缝梁的铰缝粘结面的界面损伤(DIC)值均较小，可以确保铰缝梁的整体性，其能够很好适用于空心板梁桥。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 空心板梁桥的铰缝介绍及现有问题分析

1.2.1空心板梁桥的横向连接

1.2.2铰缝病害问题

1.2.3 现有铰缝加固方法综述

1.2.4 铰缝病害原因及解决方案

1.3 有关UHPC的简介及研究应用

1.3.1 UHPC的简介

1.3.2 UHPC桥的发展

1.4 空心板梁桥现浇UHPC铰缝的国内外研究现状

1.4.1 关于UHPC与NSC粘结面性能的研究

1.4.2 空心板梁桥UHPC铰缝的研究现状

1.5 本论文主要研究内容与目标

1.5.1 本论文的主要研究内容

1.5.2 本论文的研究目标

第2章 空心板梁桥整体弹性受力性能分析

2.1 本章研究思路

2.2 空心板梁桥的介绍

2.3 有限元模型

2.3.1 单元类型和网格划分

2.3.2 荷载处理和边界条件

2.4.3 本构模型

2.4.4 铰缝接触面粘结滑移刚度

2.5 分析过程

2.6 分析结果

2.7 本章小结

第3章 铰缝梁弯剪性能试验

3.1 研究思路

3.2 铰缝梁的设计与制作

3.3 材料参数

3.3 铰缝梁弯剪试验

3.5 试验结果与分析

3.5.1 铰缝梁破坏模式与裂缝形态

3.5.2 铰缝梁的裂缝特征

3.5.3铰缝梁的变形性能

3.5.4铰缝梁的荷载-应变曲线

3.6 本章小结

第4章 铰缝梁的数值模拟分析

4.1 本章研究概况

4.2 有限元模型

4.2.1 单元类型和网格划分

4.2.2 铰缝梁各部分的本构模型

4.3.3 铰缝梁的粘结接触面模型

4.4 铰缝梁的有限元模拟分析

4.4.1 铰缝梁模型的验证

4.4.2 有限元模型的粘结面损伤比较

4.4.3 参数分析

4.5 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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