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原文传递 64m节段拼装UHPC高速铁路简支箱梁设计及力学性能研究

论文题名：	64m节段拼装UHPC高速铁路简支箱梁设计及力学性能研究
关键词：	高速铁路桥梁;简支箱梁;结构设计;节段预制拼装;受力性能
摘要：	节段预制拼装技术作为桥梁工业化的重要体现，具有经济高效、低碳环保等优点，在桥梁建设中应用越来越广泛。为响应国家发展装配式建筑号召和扩大高速铁路简支梁使用范围，基于节段预制拼装施工方式，利用UHPC对64m大跨度高速铁路简支箱梁展开设计研究和受力性能分析，同时考虑到UHPC箱梁的薄壁特征，对其受弯时的剪力滞效应和偏载下的约束扭转效应等空间力学性能进行研究。本文主要工作及结论如下：　　（1）从截面尺寸比拟、预制节段划分、预应力钢束布置、剪力键构造、施工方案等方面对64m节段拼装UHPC高速铁路简支箱梁展开设计研究，基于初等梁理论对箱梁进行静力计算，并依据相关规范验算其承载力和抗裂性，结果表明，各项指标均满足规范要求，设计方案可行。　　（2）利用Abaqus和Midas/Civil分析64m节段拼装UHPC箱梁的受力性能。不同荷载工况下箱梁受力和变形均满足要求，施工和运营阶段均不发生失稳破坏；通过跨中竖向位移、截面应力和应变、接缝开展高度和宽度以及钢束应力等参数随设计荷载等级变化的规律，得出箱梁开裂荷载为1.4倍设计荷载，极限荷载为2.1倍设计荷载；对比分析胶接缝和湿接缝两种不同接缝类型以及平接缝、大单键齿接缝和多键齿接缝三种不同接缝构造形式对箱梁受力性能的影响，分析表明胶接缝拼装梁相比C50湿接缝拼装梁承载力大，但开裂前整体刚度小，而多键齿接缝受力更均匀，抗剪强度更高；对箱梁拼装架设的施工过程进行受力分析，推导了架桥机-吊杆-主梁三者间刚度关系式，其中架桥机刚度对主梁影响较大，但吊杆刚度影响较小，吊杆按两端向中间拆除顺序最优，边挂边拼首节段倾角预台量为23.41mm/5.3m。　　（3）利用Abaqus研究UHPC薄壁箱梁剪力滞效应。变分法理论解和数值解吻合效果良好；各荷载工况下箱梁顶板呈现较明显负剪力滞效应，且剪力滞系数由梁端向跨中截面逐渐减小，最大剪力滞系数为1.123；剪力滞系数随宽跨比、顶板厚宽比、腹板间距的增大而增大，但随腹板厚高比的增大而减小；UHPC箱梁最大剪力滞系数在数值上大于普通PC箱梁，剪力滞效应更显著。　　（4）利用Abaqus研究UHPC薄壁箱梁约束扭转效应。初参数法解析解和数值解变化趋势一致；在单线ZK标准和ZK特种活载下，悬臂板端点约束扭转效应最大，最大翘曲系数分别为3.59%、6.48%；箱梁截面顶、底板与腹板交接点处翘曲系数随高宽比、厚高比的增大而减小，但悬臂板端点翘曲系数变化与之相反；设置密集横隔板能有效改善箱梁顶板的横向受力性能，同时能减小L/2截面顶、底板与腹板交接点处的翘曲应力，但悬臂端点处翘曲应力会增大，不可忽略悬臂板对翘曲系数的影响，其为截面翘曲应力的主要控制构件。
作者：	陈家豪
专业：	土木工程
导师：	康俊涛
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022