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超高性能混凝土对轻型组合桥面结构疲劳寿命的影响研究
| 论文题名： | 超高性能混凝土对轻型组合桥面结构疲劳寿命的影响研究 |
| 关键词： | 正交异性钢桥面;超高性能混凝土;组合桥面板;热点应力法;疲劳试验 |
| 摘要： | 正交异性钢桥面板具有重量轻、承载能力高、施工快、整体性强等优点，现已广泛应用于世界各国大跨径钢桥中。然而，大量的工程实践表明，正交异性钢桥面板存在两大技术难题:钢结构疲劳开裂和铺装层损坏。国内外研究人员通过几十年的探索，进行了很多有益的尝试，但仍未能从根本上解决上述难题。为此，笔者所在的研究团队提出将具有高弹性模量、高抗拉强度的配筋超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，简称UHPC)引入正交异性钢桥面板中，形成“轻型组合桥面板结构”，以期解决上述两种病害。 本文基于虎门悬索桥桥面改造工程，对“轻型组合桥面结构”的疲劳性能进行了研究，主要完成了以下工作: (1)综述了传统钢桥面的使用现状、病害及病害原因，对UHPC材料性能进行介绍，并引入轻型组合桥面结构的概念。 (2)系统全面地综述了钢桥疲劳理论:钢桥抗疲劳设计方法、钢桥疲劳寿命评估S-N曲线、钢桥疲劳验算方法等。阐明了钢桥面的三大基本体系。 (3)利用ANSYS有限元软件建立了虎门悬索桥钢箱梁局部梁段疲劳分析模型。利用热点应力法，分别对0mm、45mm、60mm厚度UHPC层情形，钢桥面常见焊接和非焊接易疲劳开裂细节，进行应力幅计算。并对采用45mm厚度UHPC层的轻型组合桥面板进行了疲劳寿命评估。分析结果表明:轻型组合桥面板中UHPC层对于面板与纵肋连接细节与纵肋对接细节，应力幅改善作用很大，而对其余细节，其改善程度相对较小。采用45mm厚UHPC层时，中车道累计通过8，035，868辆330kN标准疲劳车后，横隔板与U肋相交处将出现隔板疲劳开裂现象。 (4)基于虎门大桥桥面板条带足尺模型，设计并开展静载破坏试验与疲劳试验。静载试验表明:UHPC材料在开裂后具有应变强化现象，并且表现出很长一段延性;在受拉线弹性设计中，其弹性模量建议取值40.1GPa。疲劳试验结果表明:在UHPC层应力幅为9.8MPa～24.3MPa的疲劳荷载作用下，历经3，101，389次疲劳循环，UHPC层表面未见可视裂缝，按疲劳极限等效理论换算，此应力幅相当于0.0MPa～21.3 MPa，因而UHPC的抗弯拉疲劳强度折减系数大于0.5，完全能满足虎门大桥UHPC层的抗弯拉疲劳强度要求。 |
| 作者： | 丁楠 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 邵旭东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 湖南大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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