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原文传递聚氨酯混凝土伸缩缝锚固区受力性能研究

论文题名：	聚氨酯混凝土伸缩缝锚固区受力性能研究
关键词：	伸缩缝锚固区;病害损伤分析;聚氨酯混凝土;粘结性能试验;有限单元法
摘要：	桥梁伸缩缝是公路桥梁结构中重要的组成部分。随着桥梁通行交通量的增长和重载车辆的增多，桥梁伸缩缝锚固区频繁出现开裂、破损、露筋等病害，严重影响了桥梁的结构安全和行车舒适性。针对目前伸缩缝锚固区材料易出现损伤、易与相连部件脱粘的情况，本文从桥梁伸缩缝病害的调查分析入手，提出了聚氨酯混凝土新型伸缩缝锚固区材料的制备方法并对其进行了配合比设计；随后通过室内试验探究了聚氨酯混凝土的抗压、轴拉、抗弯、粘结等力学性能；并以单缝式型钢伸缩缝为例，对聚氨酯混凝土伸缩缝锚固区进行了有限元分析；最后进行了聚氨酯混凝土伸缩缝锚固区的实桥应用试验，验证了这一新型材料的工程适用性和可行性。　　本文主要研究内容和成果如下：　　（1）统计分析了位于黑龙江省和吉林省内的871座公路桥梁的伸缩缝病害情况，分析了伸缩缝病害的破坏机理及主要成因。结果表明，锚固区混凝土出现病害的比例最高，为68.3%；桥梁车行道宽度越小其伸缩缝出现病害的比例越高；单孔跨径小于20m的桥梁其伸缩缝更容易出现病害。　　（2）根据双组份聚氨酯聚合反应机理，提出了聚氨酯混凝土的完整制备流程；以胶骨比、水泥掺量比、骨料级配为控制因子，通过正交试验确定了聚氨酯混凝土的最佳配合比为组合聚醚：多异氰酸酯：水泥：骨料=1:1:2:10；20%胶骨比的聚氨酯混凝土的内部结构更为密实，聚氨酯胶凝材料对骨料的包覆效果更好。　　（3）通过抗压、轴拉试验提出了聚氨酯混凝土的本构关系模型，弹性模量为3032MPa，泊松比为0.27；通过弯拉试验测试了聚氨酯混凝土的弯拉强度为11.27MPa，并对其抗弯性能进行了优化设计，最优增强方案为20mm×20mm网格密度、80mm网格宽度的单层碳纤维网格，使弯拉强度提高了47.6%；通过钢筋拉拔试验探究了聚氨酯混凝土与钢筋之间的粘结性能，试验结果表明随钢筋直径和粘结锚固长度的增大，其极限粘结强度也随之增大。　　（4）通过粘结劈拉、直剪粘结以及斜剪粘结试验，探究了界面粗糙度和温度对聚氨酯混凝土与水泥混凝土的粘结性能的影响。试验结果表明，增大界面粗糙度可以显著提高二者间的界面粘结强度，并且界面经过处理的试件其粘结性能具有较好的温度稳定性，在-40℃~40℃范围内，界面粘结强度未随温度变化而降低。　　（5）通过ABAQUS对聚氨酯混凝土伸缩缝锚固区在移动荷载作用下的应力和位移进行了分析，并对比了不同锚固区材料、不同轮载对其受力性能的影响，结果表明聚氨酯混凝土的最大主应力更小，竖向位移值更大，更适宜作为伸缩缝锚固区的材料；最后依托某桥梁的伸缩缝维修工程，进行了聚氨酯混凝土伸缩缝锚固区的修补应用试验，在定期观察研究后发现聚氨酯混凝土表面未有裂缝出现，同时和相连部件保持着较好的粘结效果。　　锚固区混凝土是伸缩缝结构中最易发生损伤的构件，聚氨酯混凝土伸缩缝锚固区材料具有优异的抗弯性能、粘结性能，能有效提高伸缩缝锚固区的工作性能，减少锚固区病害的发生，延长其使用寿命。本文研究成果将为聚氨酯混凝土伸缩缝锚固区的设计以及工程应用提供理论依据和参考。
作者：	丁宏建
专业：	土木工程
导师：	孙全胜
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东北林业大学
学位年度：	2022