详情

原文传递随机车流下大跨度斜拉桥钢-UHPC组合桥面疲劳性能研究

论文题名：	随机车流下大跨度斜拉桥钢-UHPC组合桥面疲劳性能研究
关键词：	斜拉桥;钢桥面板;超高性能混凝土;受拉开裂;疲劳性能
摘要：	正交异性钢桥面板（OrthotropicSteelDeck，OSD）具有轻质高强、整体性好等优点，在中、大跨径桥梁中应用广泛。然而，在服役期间，OSD易出现疲劳开裂和铺装层破损等病害。钢-超高性能混凝土（UltraHighPerformanceConcrete，UHPC）组合桥面的提出旨在解决OSD疲劳开裂及桥面铺装破损等难题。论文以军山长江大桥加固工程为背景，结合随机车流下的应变监测数据和有限元计算方法，对比分析钢-UHPC组合桥面和双层环氧沥青铺装（Epoxybondchipslayer+Resinasphalt+Epoxybondchipslayer，ERE）桥面对大跨度斜拉桥OSD疲劳性能的改善效果。　　由于疲劳开裂和桥面铺装破损等问题，军山长江大桥将上、下游两侧的桥面分别更换为了ERE桥面和钢-UHPC组合桥面。此外，下游侧在钢顶板上方粘贴了横桥向通长的钢板条，以降低UHPC层受拉开裂的风险。论文主要内容和结论如下：　　(1)利用MidasCivil建立军山长江大桥的整体有限元模型，对该桥钢箱梁上、下缘应力以及斜拉索应力进行了验算，计算结果表明：将上、下游两侧桥面分别更换为ERE桥面和钢-UHPC组合桥面后，军山大桥钢箱梁最大应力为107.1MPa，斜拉索应力最大值为503.7MPa；桥梁整体受力状态满足规范要求，且具有较大的安全储备。　　(2)建立钢-UHPC组合桥面节段有限元模型，对UHPC层的抗裂性能进行了研究，研究结果表明：当钢顶板存在贯穿裂纹，且未对贯穿裂纹进行处治时，钢-UHPC组合桥面UHPC层底部存在受拉破坏的风险；在钢顶板增设横桥向通长的钢板条后，UHPC层的最大拉应力为7.9MPa，小于UHPC的抗拉强度，UHPC层开裂风险明显降低。　　(3)基于ERE侧和钢-UHPC侧的车流量信息和随机车流下的应力监测数据，对两侧桥面各疲劳易损细节的疲劳性能进行了对比评估，研究结果表明：即使钢-UHPC侧重车比例更大，但相较于ERE侧，钢-UHPC侧各疲劳易损细节的等效应力幅值仍降低了19%~66%；ERE侧纵肋对接焊缝的剩余疲劳寿命仅为47年，在桥梁服役期有疲劳破坏的风险；钢-UHPC侧除纵肋对接焊缝剩余疲劳寿命为100年外，其他疲劳易损细节剩余疲劳寿命均为无穷大。　　(4)建立钢箱梁节段有限元模型，对比分析了两侧桥面各疲劳易损细节的应力分布规律和桥面板的抗弯刚度，并讨论了超载的影响。研究结果表明：两种桥面各疲劳易损细节的应力分布规律相同，但相较于ERE侧，钢-UHPC侧各疲劳易损细节的应力幅值均较低；在1.5倍设计荷载作用下，ERE侧纵肋-横隔板焊缝纵肋侧疲劳易损细节和钢-UHPC侧纵肋对接焊缝部位的最大应力幅值分别超过对应常幅疲劳极限10%和42%，不满足无穷疲劳寿命的设计要求；相较于ERE侧，钢-UHPC侧钢顶板挠度降低了31%；钢-UHPC组合桥面拥有更大的抗弯刚度，这主要可归结于两个原因：①材料弹性模量的提高；②UHPC层通过栓钉和钢顶板形成了一个组合桥面结构。
作者：	张佳斌
专业：	土木工程
导师：	秦世强
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2022