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钢-UHPC轻型组合桥面板中短栓钉的静力及疲劳性能研究
| 论文题名： | 钢-UHPC轻型组合桥面板中短栓钉的静力及疲劳性能研究 |
| 关键词： | 钢结构轻型组合桥;钢桥面板刚度;结构承载力;疲劳强度;有限元分析 |
| 摘要： | 钢-UHPC轻型组合桥板通过栓钉将钢结构和UHPC层组合成一个整体，在提高钢桥面板刚度的同时自重也得到了很好地控制，可以有效的解决钢结构和铺装层疲劳病害的问题。UHPC层的厚度一般在50mm左右，为了满足保护层厚度的要求，栓钉的高度受到了严格的限制，其长径比通常小于4，属于典型的短栓钉。同时，由于UHPC的力学性能与普通混凝土存在显著差异，其破坏模式、承载力及疲劳特性均区别于普通混凝土组合结构中的传统栓钉，但当前相关研究仍较为欠缺。为研究短栓钉在轻型组合桥面板中的静力和疲劳性能，进行了以下研究工作: (1)回顾总结了正交异性刚桥面板的疲劳病害和成因以及传统铺装层的病害和原因，介绍了UHPC的力学参数、钢-UHPC轻型组合桥面板的概念与研究现状以及其中适用的剪力连接件。 (2)借助ABAQUS软件，对短栓钉进行了非线性有限元分析。通过对短栓钉的变形和应力分布的分析表明栓钉并非是纯剪状态，而是处于受弯、受剪、受拉的复杂应力状态。另外，通过与普通栓钉作对比得出结论:短栓钉的变形与应力分布和普通栓钉基本一致，但是抗剪效率更高，承载力满足要求。 (3)通过对短栓钉承载力影响因素的分析，研究表明栓钉的直径、混凝土强度是影响其承载力和抗剪刚度的关键因素，而栓钉的高度对其承载力和抗剪刚度影响较小。同时，钢UHPC之间的界面摩擦对承载力有一定影响，但是对抗剪刚度影响显著，界面摩擦可以使得抗剪刚度提高16％左右。 (4)对于短栓钉的疲劳试验数据进行了统计分析，并与规范以及其他经典疲劳计算公式进行了对比研究。研究结果表明:现有的疲劳公式对短栓钉不再适用，基于此，文章提出了基于主应力而非剪应力的指标来评价短栓钉的疲劳性能，并确定了其疲劳抗力为FAT90。 (5)建立梁式有限元模型并确定短栓钉结构的疲劳易损位置和细节，通过名义应力法评价其疲劳性能。研究表明短栓钉的疲劳寿命满足设计要求。 |
| 作者： | 翁雪微 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 卜一之 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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