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原文传递钢-超薄UHPC层轻型组合桥面性能研究

论文题名：	钢-超薄UHPC层轻型组合桥面性能研究
关键词：	桥梁工程;桥面结构;桥梁荷载;有限元分析
摘要：	为了将更薄的超高性能混凝土UHPC（Ultra－High Performance Concrete）层与正交异性钢桥面组合形成正交异性钢桥面－超薄UHPC层轻型组合桥面（以下简称为钢－超薄UHPC组合桥面），使之适用于设计铺装层较薄（50mm～55mm）的桥面结构，而尽量不改变原桥梁结构的受力状态，本文对钢－超薄UHPC组合桥面结构的基本性能进行了研究。钢－超薄UHPC组合桥面就是将薄至35mm的UHPC层与正交异性钢桥面板结合形成组合结构，并将 UHPC层内的钢筋网直接焊接于正交异性钢桥面顶板上，用以承担两者之间的剪力。除了35mm的UHPC层外，组合桥面整体还包括铺设在 UHPC层上15～20mm厚的磨耗层。这种组合桥面结构需要在保证其安全性、耐久性等基本使用性能的前提下，通过降低自身的厚度，扩大适用范围，从而同时达到增加桥面刚度，降低了正交异性钢桥面的疲劳开裂风险，避免采用传统沥青铺装时出现的铺装层病害问题。　　本文以润扬长江公路大桥南汊悬索桥作为研究对象，拟对其正交异性钢桥面进行钢－超薄UHPC组合桥面板方案的研究，主要完成了以下工作：⑴论述了传统正交异性钢桥面板及其铺装的病害问题，提出了钢－超薄UHPC组合桥面方案，阐述其构造特点和在组合桥面设计中的必要性。⑵利用有限元软件Midas对润扬长江大桥的钢－超薄UHPC组合桥面方案进行整体计算。计算结果表明，采用组合桥面对大桥整体受力影响很小，对结构整体安全性基本没有影响。⑶利用ANSYS有限元软件对钢－超薄 UHPC组合桥面进行了基于热点应力法的局部轮载分析，使用国内规范规定的汽车荷载对组合桥面进行分析，由分析的结果得知，35mm厚 UHPC层对正交异性钢桥面板受力性能改善明显，钢桥面顶板应力幅下降达到68.72％，U肋和横隔板应力幅下降接近11.98%到32.38%，因此可大大降低钢桥面板疲劳开裂风险。同时计算得出的UHPC层表面最大拉应为7.48MPa，横桥向最大拉应力为7.36MPa。⑷对35mm厚UHPC层组合板进行横桥向抗弯试验研究，试验结果表明：UHPC层的开裂强度和极限强度与其截面配筋率密切相关。随着配筋率的增大，抗弯强度逐渐提高，开裂应力也逐渐增大。B5试件 UHPC表层最小开裂应力已经达到了26.3MPa，是理论计算中横桥向拉应力7.36MPa的将近3.6倍，可以认为，在规定的汽车荷载作用下，UHPC表层产生的最大拉应力小于试验得出的UHPC层能够承担的拉应力，因此是能够保证结构安全可靠的，证明了此新型组合桥面结构的可行性。⑸阐述了钢桥疲劳评估的基本理论，简述了钢桥疲劳设计的三种方法，对美国、欧洲和中国钢桥疲劳设计规范进行了简要的对比。对润扬长江大桥钢－超薄 UHPC组合板方案的疲劳寿命进行评估，引入热点应力法，根据欧洲规范（Eurocode）确定疲劳荷载模型，计算其热点应力并确定最不利构造细节的应力频值谱，最后通过热点应力 S－N曲线和Miner线性累积损伤理论确定其疲劳寿命。
作者：	张松涛
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：	2015
正文语种：	中文