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原文传递钢-UHPC轻型组合桥梁结构华夫桥面板的基本性能

论文题名：	钢-UHPC轻型组合桥梁结构华夫桥面板的基本性能
关键词：	华夫桥面板;正交异性钢板;高性能混凝土;静力性能;承载能力
摘要：	基于UHPC，湖南大学邵旭东教授首次提出了适用于（特）大跨径桥梁且无横向表面受拉接缝的钢-UHPC（Ultra-high performance concrete）轻型组合桥梁结构，以克服传统预应力混凝土主梁、钢主梁、钢-混凝土组合主梁由于材料和结构本身缺陷所引起的病害。该轻型组合梁强度高、自重小、构造简单、施工方便快捷，且全寿命经济效益显著，具有较好的应用前景。本文从有限元分析、基于刚接梁法的初步计算、足尺条带模型试验三方面对UHPC桥面板的局部受力性能进行了初步研究。　　湖南省南县-益阳高速公路南洞庭湖大桥，是一座双塔双索面半漂浮体系斜拉桥，主梁首次采用了钢-UHPC轻型组合梁。提出三种UHPC桥面板设计方案:等厚桥面板、仅带纵肋桥面板、华夫桥面板。基于三种桥面板结构型式，采用ANSYS分别建立斜拉桥标准节段的有限元模型，各方案分析结果对比表明，华夫板方案较余两种方案具有更好的受力性能:车辆荷载作用下，其整体刚度和局部刚度最大;与等厚板相比，桥面板下缘纵向应力稍有增大，面板上下缘纵横向拉应力均大幅减小;荷载作用下华夫板方案高应力区最小，且纵向湿接缝处于低应力状态;抗裂设计时，而等厚板方案需沿桥宽密布配筋，而带纵肋方案仅需在纵肋下缘配置纵向受拉钢筋。疲劳荷载作用下，华夫板负弯矩受力状态的疲劳性能最好，面板上缘纵横向应力幅明显减小。因此，南洞庭湖大桥钢-UHPC轻型组合梁的桥面板建议采用均厚14cm的华夫板结构型式。　　基于初等梁理论对UHPC多跨连续单向桥面板下缘拉应力进行初步计算，结果表明:采用刚接梁法计算荷载横向影响线，简支桥面板跨径取等代简支跨0.577L时，计算得到的横向影响线与有限元分析基本一致;根据横向影响线对车辆荷载进行最不利位置布载，求得横向分布系数，进而计算得到简支板的最大拉应力，基于弹性半固接的边界条件对其换算即可得到连续板的最大拉应力。与有限元分析结果对比表明，采用刚接梁法计算带纵肋的桥面板时，计算精度较高，偏差在10％以内，且计算结果偏于安全，而计算等厚桥面板时偏差较大，需进一步改进。　　基于UHPC华夫桥面板开展了10个UHPC矮肋T梁静载试验研究，研究表明:受拉钢筋配筋率、钢筋直径、直线型纤维直径和长度对UHPC配筋梁的初裂应力影响不大，而纤维带端钩能显著提高初裂应力，端钩型、直线型纤维UHPC配筋梁正弯矩初裂应力分别为19.4MPa、10.6MPa，前者高出后者83％;负弯矩初裂应力分别为13.8MPa、8.4MPa，前者高出后者64％，钢-端钩纤维UHPC组合板正弯矩初裂应力达44.0MPa，为UHPC配筋梁的2.29倍。正弯矩工况下，端钩型纤维UHPC配筋梁初裂应力是下缘设计拉应力的1.45倍，试验极限弯矩为设计弯矩的2.8倍。负弯矩工况下，负弯矩工况下，而端钩型纤维UHPC配筋梁的初裂应力为设计应力的1.66倍，试验极限弯矩为设计弯矩的5.9倍。UHPC配筋梁计算抗弯承载力与试验值吻合较好，满足华夫板承载能力极限状态的设计弯矩，计算抗剪承载力远大于试验最大实测剪力，钢-UHPC组合板计算抗剪承载力与试验值基本吻合，计算抗弯承载力偏低。基于S-N曲线预测UHPC华夫桥面板疲劳寿命远大于200万次。基于端钩纤维UHPC配筋梁的华夫板设计能够满足结构在正常使用极限状态和承载能力极限状态下的受力要求。
作者：	吴佳佳
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	邵旭东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文