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原文传递 NC-UHPC组合梁抗弯性能和承载力计算

论文题名：	NC-UHPC组合梁抗弯性能和承载力计算
关键词：	NC-UHPC组合桥梁;抗弯性能试验;抗弯承载力计算;有限元分析;超高性能混凝土
摘要：	超高性能混凝土（ultra-highperformanceconcrete,UHPC）与普通混凝土（normalconcrete,NC）相比，具有良好的力学性能和优异的耐久性，获得了土木领域研究人员的青睐。在桥梁工程上应用UHPC，可以有效应对普通混凝土桥梁自重大、耐久性差所带来的桥梁跨度难以提升、梁内钢筋易腐蚀、桥梁的疲劳性能差等问题，具有巨大的应用前景。但已有研究表明，UHPC整浇梁在受弯破坏时，其受压区UHPC的抗压性能无法得到充分利用，且由于UHPC中掺有昂贵的钢纤维材料，导致全截面UHPC梁的经济性较差。故本文基于UHPC整浇梁，在受压区以普通混凝土代替UHPC，形成NC-UHPC组合截面梁，在提升桥梁力学性能和耐久性的同时，兼顾其经济性，为NC-UHPC组合梁的深入研究和工程应用提供参考。本文主要研究内容及结论如下：　　（1）为探究NC-UHPC组合梁的抗弯性能及NC层高度对NC-UHPC组合梁抗弯承载力的影响，本文基于NC-UHPC组合梁的设计理念及其破坏阶段，以NC层高度为变量，设计并制作了6片预应力NC-UHPC组合截面试验梁，完成了试验梁的抗弯性能静载试验。通过试验梁受弯破坏的全过程分析可知，试验过程符合平截面假定，NC-UHPC组合梁在受弯破坏时存在“裂缝弥散阶段”，NC-UHPC组合梁具有较好的抗弯性能，受压区NC层足以满足梁体受弯破坏时所需要的抗压性能。通过对比3组不同NC高度试验梁的开裂弯矩和极限承载力可知，在NC层高度占总高度比例较低时，NC层取代高度对NC-UHPC组合梁的开裂弯矩和极限承载力影响较小。对6片试验梁的预应力效应进行分析，应变和挠度测试结果表明6片试验梁的实际预应力效应与计算值吻合较好，由试验梁开裂弯矩和极限承载力可知，各试验梁预应力度均大于0.55，预应力NC-UHPC组合梁的抗裂性能较好。　　（2）为得到适用于NC-UHPC组合梁开裂弯矩和抗弯承载力的设计计算公式，本文参考相关研究和现行规范，考虑UHPC的抗拉强度，推导了NC-UHPC组合梁开裂弯矩和极限承载力计算公式，以6片试验梁的开裂弯矩和极限承载力实测值对公式进行验算。验算结果表明，计算公式符合现行铁路桥涵设计规范之规定，故NC-UHPC组合梁在设计时应考虑UHPC的抗拉强度，同时优化组合形式，以达到工程应用中经济性和安全性的双重目标。　　（3）为认识组合梁的各项参数对NC-UHPC组合梁抗弯性能的影响，本文使用Ansys非线性有限元软件对试验梁及另外8组模型梁进行建模分析。通过试验梁模型的建模分析可知，6片试验梁实测结果与模型计算结果吻合较好，Ansys有限元软件非线性计算可较高程度的对试验过程进行模拟。通过改变模型参数建立了8组有限元模型，模型计算结果可知：无筋NC-UHPC组合梁的抗弯性能较差，不宜在工程上作为承载构件使用；增大配筋率可明显提高梁的承载力，但配筋率过大可能导致组合梁趋于脆性破坏；NC抗压强度不低于60MPa时，受压区NC的抗压强度对NC-UHPC组合梁极限承载力的影响较小；NC层全部处于翼板厚度范围内时，NC层高度对NC-UHPC组合梁极限承载力的影响极小；NC层底缘处于腹板时，NC层高度占总梁高越大，组合梁的极限承载力越低。
作者：	赵鸿伟
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	蔺鹏臻
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022