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原文传递国产PVA纤维--尾矿砂ECC在桥梁拼接中的应用研究

论文题名：	国产PVA纤维--尾矿砂ECC在桥梁拼接中的应用研究
关键词：	桥梁拼接;水泥基复合材料;聚乙烯醇纤维;尾矿砂;力学性能
摘要：	在原有公路的基础上进行拓宽是提高道路通行能力的一种有效的方法，桥梁结构的拓宽往往是公路拓宽的关键。在实际运营中发现桥梁拼接段翼缘板混凝土容易产生纵向裂缝，继而引起渗漏等耐久性问题。另一方面，由于桥梁伸缩缝长期暴露在桥面，服役环境恶劣，伸缩缝破坏后严重影响了行车舒适性和安全性。采用超高韧性水泥基复合材料(ECC)作为纵向湿接缝材料和桥面连续构造材料能够有效的解决这些问题。本文在传统ECC材料的基础上，研发设计了国产PVA纤维-尾矿砂ECC,大大降低了成本，并以此为基础，研究了桥梁拼宽ECC纵向湿接缝和ECC桥面连续构造的受力性能。本文的主要研究成果如下: 　　(1)国产PVA纤维-尾矿砂ECC基本性能研究　　通过单轴拉伸试验、弯拉试验、抗压试验以及流动性试验、抗渗试验、耐磨试验,研究了 ECC的基本性能。试验结果表明，尾矿砂替代率为50％,国产纤维掺量为2％时，ECC的综合力学性能良好且较为经济。该配合比ECC的28d抗压强度可达48MPa,单轴拉伸强度为4.81MPa,拉伸应变能力为3.07％。研究发现，尾矿砂替代率对于ECC基本性能的影响较小，而国产纤维掺量对于ECC力学性能和流动性能的影响较大，对抗渗性能和耐磨性能的影响较小。　　(2)桥梁拼宽ECC纵向湿接缝受力性能研究　　通过数值模拟研究了不同尺寸参数ECC湿接缝桥面板的抗弯性能。试验结果表明湿接缝内钢筋搭接形式对于桥面板的承载能力几乎无影响;湿接缝宽度对于承载能力的影响较小;配筋率对构件开裂荷载的影响不大，对极限荷载的影响较大;采用菱形和楔形接缝对于构件的承载能力和界面连接性能均有一定提升。研究表明，在新桥沉降作用下，采用ECC拼接相比较C50混凝土拼接能够有效降低旧桥边梁翼缘板混凝土的横向拉应力，改善其受力状态;在新桥收缩作用下，ECC湿接缝的横向拉应力也明显减小;而在车辆荷载作用下，采用ECC拼接对于降低桥面板的最大纵向拉应力有一定效果。对于ECC拼接桥梁关键参数的分析表明，桥梁拓宽时控制新桥基础沉降量和拼接等待时间尤为重要，此外，可以适当减小ECC湿接缝的宽度来降低造价。　　(3)ECC桥面连续构造受力性能研究　　通过受力分析研究了 ECC桥面连续构造在车道荷载、整体降温和支座不均匀沉降作用下的力学特性。从国产纤维-尾矿砂ECC的拉伸应变能力出发，开展了新型ECC桥面连续的设计并总结了设计方法。通过数值模拟计算了新型ECC桥面连续在上述工况下的力学响应，并与C50混凝土桥面连续作了比较。同时对于ECC桥面连续进行了参数分析，发现桥面连续的长度应适当增大，厚度与桥面铺装一致即可，而配筋率可以适当降低。对于ECC桥面连续应用于拓宽新桥上方的效果进行了评价，发现在新桥支座沉降和收缩作用下，新桥的桥面连续采用ECC材料后横向应力均大大降低，具有较大的性能优势。
作者：	鲁纬
专业：	交通运输
导师：	孙仁娟;管延华
授予学位：	硕士
授予学位单位：	山东大学
学位年度：	2023