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原文传递空心板梁桥铰缝抗剪性能及加固技术研究

论文题名：	空心板梁桥铰缝抗剪性能及加固技术研究
关键词：	铰缝;压剪试验;内聚力;抗剪强度;微观模拟;空心板梁桥
摘要：	目前在役的简支空心板梁桥数量巨大且普遍存在的病害主要有铰缝混凝土脱落、主梁梁底纵向裂缝、主梁错位、桥面铺装破损，有些更加严重的处于单板受力情况。产生这些问题的主要原因分以下几点：一是当时的设计标准不符合现在的车辆荷载要求；二是施工工艺粗糙（未凿毛）；三是桥梁所处的环境恶劣；四是桥梁加固简单。为了减小空心板梁桥的病害，我国常用加固的方法有铰缝重筑、加厚桥面铺装、黏贴钢板或碳纤维板，以上加固方法效果不明显，空心板梁桥几年后又会发生病害。因此有必要对空心板梁铰缝受力机理进行更加系统研究。　　本文通过混凝土试块试验，及内聚力模型定义粘结单元的损伤准则和破坏准则，用粘结单元代替剪切面，研究了混凝土试块在不同侧压力作用下、不同凿毛深度、不同混凝土强度对混凝土抗剪强度的影响；研究了水泥砂浆、环氧树脂胶、耐候胶、粘钢胶、碳板胶对无铰缝试件的剪切强度影响；各种胶凝材料老化试验；通过有限元模拟了空心板铰缝钢板加固、碳纤维板加固、联合加固、大铰缝等。本文基于内聚力模型采用数值模拟和试验相结合的方法取得以下成果：　　（1）增加混凝土凿毛深度和夹层强度可以提高混凝土试件的抗剪强度，但是混凝土的薄弱面还是在交界面上，混凝土在剪力作用下仍沿着交界面开裂；通过混凝土剪切试验得到了不同混凝土强度、不同侧压力、不同凿毛厚度及不同形状新型铰缝试件的相应本构关系及关键本构参数；通过材料老化试验确定最佳抗老化材料为粘钢胶；通过混凝土剪切试验得到了最优新型无铰缝试件的形状为双折线及在最优无铰缝形状下得到最优抗剪的胶凝材料的本构关系及关键本构参数。　　（2）基于内聚力模型建立二维混凝土试件模型，模拟了不同凿毛厚度、不同混凝土强度、不同侧压力对剪切强度的影响，数值模拟结果和试验数据相差甚小，表明内聚力模型模拟混凝土剪切试件的可行性。环氧树脂胶、碳板胶、粘钢胶的不同形状的新型铰缝破坏时，破坏面有所改善，不只是沿着铰缝的交界面开裂，试块本身也会开裂，说明不同形状的新型铰缝受剪性能良好，一定程度上改善了铰缝受剪开裂模式；耐候胶的耐老化性能卓越但是它的抗剪强度较之普通混凝土的抗剪强度反而降低且耐候胶并没有改变铰缝的开裂模式；各种参数胶（除耐候胶）的新型铰缝试件的抗剪强度会提高，说明在不同胶凝材料作用下，铰缝的受剪承载力大大提高，开裂的可能性相较于水泥砂浆大大降低，其中剪切效果最优为粘钢胶的无铰缝试件，它比普通混凝土试件的剪切强度提高了约48.8％。　　（3）空心板铰缝组合加固加固效果最优，其比空心板桥未加固开裂极限荷载提高了约35.2%；更换大铰缝可以明显提高整体空心板的刚度和挠度；新型无　　铰缝空心板可以极大提高整体混凝土的抗剪性能并且有效改善空心板的整体刚度，而且破坏面有所改善，不只是沿着铰缝的交界面开裂，空心板本身也会开裂，新型铰缝受剪性能良好，一定程度上改善了铰缝受剪开裂模式。
作者：	李勇光
专业：	建筑与土木工程
导师：	舒小娟;张国刚
授予学位：	硕士
授予学位单位：	湖南科技大学
学位年度：	2022