高性能组合桥面板中组合销静载破坏模式的关键影响因素及其迁移问题

摘要

正交异性钢桥面板因具有自重轻、承载力高、运输架设方便和施工速度快等突出优点，得到了广泛应用，但由结构受力特性、制造工艺以及服役环境所决定，其桥面铺装层损坏和疲劳易损细节开裂问题突出。引入超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete, UHPC)，通过组合销剪力连接件与波形钢板组成新型波形钢板—UHPC组合桥面板，是从结构体系角度解决上述问题的有效途径之一。作为实现波形钢板和UHPC结构层连接和协同受力的组合销剪力连接件，确定其在UHPC中的静载破坏模式，探究典型破坏模式以及主要力学特性指标在受力全过程中的变化规律，揭示各破坏模式的承载机理，是研究该类新型组合销剪力连接件静力性能的基础和关键。通过模型试验与理论分析对组合销剪力连接件的静载破坏模式进行了系统深入的研究，主要研究内容和结论如下：　　(1)建立了适用于组合销从受力直至破坏全过程的非线性有限元模型，通过模型试验验证了有限元模型的正确性。在此基础上明确了组合销剪力连接件的典型破坏模式，以及主要力学特性指标在受力全过程中的变化规律，揭示了不同破坏模式的承载机理；　　(2)通过参数化非线性有限元分析，系统研究了钢销厚度、混凝土覆盖层厚度和UHPC材料强度对组合销剪力连接件的抗剪承载力和破坏模式迁移的影响，阐明了静载破坏模式迁移演化过程。基于主要影响因素与静载破坏模式迁移的演化规律，拟合了UHPC中各破坏模式的抗剪承载力计算公式，该计算式中考虑了主要因素对抗剪承载力的影响；　　(3)在揭示静载破坏模式承载机理的基础上，量化了关键影响因素对于组合销抗剪承载力的效应，推导了具有明确物理意义的UHPC中组合销剪力连接件的典型破坏模式的抗剪承载力计算公式，并采用既有试验数据验证了该抗剪承载力计算公式的可行性与准确性。

目录

声明

符号说明

第1章 绪论

1.1 课题研究背景

1.1.1 波形钢板—高性能混凝土组合桥面板的构思

1.1.2 超高性能混凝土主要力学性能

1.2 组合销剪力连接件的构造特点及工程应用

1.2.1 组合销剪力连接件的构造特点

1.2.2 组合销剪力连接件的工程应用

1.3 组合销剪力连接件静力性能的研究概况

1.3.1 推出试验研究

1.3.2 拉拔试验研究

1.3.3 数值分析研究

1.4 本文拟解决的关键问题

1.5.1 研究目的

1.5.2 研究内容

第2章 组合销剪力连接件有限元分析

2.1.1 试验研究

2.1.2 Heinemeyer 试验研究

2.2 求解方法

2.2.1 ABAQUS/Explicit显示动态求解器

2.2.2 准静态分析

2.3.1 材料本构

2.3.2 接触关系

2.3.3 荷载及边界条件

2.3.4 单元选取和网格划分

2.3.5 数值模型的验证

2.4 本章小结

第3章 组合销剪力连接件的不同破坏模式承载机理研究

3.1.1 钢销力学特性

3.1.2 荷载传递历程及破坏形态

3.2.1 混凝土结构层力学特性

3.2.2 荷载传递历程及破坏形态

3.3 混凝土销剪切破坏模式承载机理

3.3.1 混凝土销力学特性

3.3.2 荷载传递历程及破坏形态

3.4 组合销剪力连接件承载机理总结

3.5 本章小结

第4章 组合销剪力连接件典型静载破坏模式迁移

4.1.1 正交试验设计

4.1.2 试验结果分析

4.2.1 钢销破坏-混凝土撬起破坏模式迁移

4.2.2 钢销破坏-混凝土销剪切破坏模式迁移

4.2.3 组合销剪力连接件的抗剪承载力

4.3 本章小结

第5章 各破坏模式抗剪承载力公式推导

5.1 钢销破坏抗剪承载力公式推导

5.2 混凝土撬起破坏抗剪承载力公式推导

5.3 混凝土销剪切破坏抗剪承载力公式推导

5.4 本章小结

结论与展望

主要结论

展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果