自应力混凝土桥面铺装在连续桥梁中的结构潜能

发布时间：2017-10-12 11:37

  本文关键词：自应力混凝土桥面铺装在连续桥梁中的结构潜能

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【摘要】：在桥梁体系中,桥面铺装层既是主体结构的保护层,也是桥梁体系与外部荷载直接接触的受力层,其质量及健康程度直接影响到行车安全和舒适程度以及桥梁主体结构的耐久性。钢纤维自应力混凝土(SFRSSC,Steel Fiber Reinforced Self-stressing Concrete)因自应力混凝土的硬化膨胀受钢纤维三个方向的限制而产生一定的预压应力,混凝土基体更加致密,其抗裂性能和耐久性都得到很大的提升,是桥面铺装的理想材料。同时,钢纤维自应力混凝土做桥面铺装后,其内部的自应力值会对桥梁体系的整体结构受力产生有利影响,该部分结构潜能在桥梁结构设计和施工过程中不应被忽略。本文基于这一问题,依托国家自然科学基金重点项目(41430642)、国家自然科学基金青年基金项目(51108207)、中国博士后科学基金项目(2015M581403)和冻土工程国家重点实验室开放基金(SKLFSE201514)的资助,对钢纤维自应力混凝土用于桥面铺装层时其对桥梁整体受力的结构潜能进行了以下研究:(1)基于单跨倒T形叠合梁试验,模拟分析了钢纤维自应力混凝土作为桥面铺装层时支座负弯矩区的受弯性能。钢纤维自应力混凝土大幅提高了叠合梁的开裂荷载,抑制了裂缝的发展速度和延伸高度。(2)利用有限元分析软件对单跨倒T形叠合梁试验进行了非线性数值分析,研究了不同自应力值对试验梁抗弯性能的影响。得到对于本次试验梁合理的自应力值为1.5Mpa~2.5Mpa之间。(3)通过两跨连续T形叠合梁抗弯试验,对钢纤维自应力混凝土应用于连续桥梁桥面铺装的工况进行了研究分析。结果表明,钢纤维自应力混凝土对中支座截面开裂荷载提升效果明显,对跨中开裂荷载以及梁的屈服荷载影响不大。同时,加载过程中,钢纤维自应力混凝土对试验梁裂缝的出现有明显的延迟作用,竖向裂缝的发展速度和发展高度也受到抑制。(4)对两跨连续T形叠合梁试验也进行了非线性数值模拟,研究了不同钢纤维自应力铺装长度对两跨连续T形叠合梁抗弯性能的影响,确定出合理的钢纤维自应力混凝土铺装长度为连续梁跨度的1/3~1/2。(5)对单跨试验梁和两跨试验梁中间支座处的混凝土截面受力进行了理论分析,建立了截面开裂荷载的计算模型,理论计算值与试验值以及数值模拟分析值吻合较好。(6)建立足尺钢纤维自应力混凝土用于桥面铺装的连续混凝土桥梁数值模型,对钢纤维自应力混凝土桥面铺装的工况进行了有限元分析。结果表明,钢纤维自应力混凝土是理想的桥面铺装材料,其内部的自应力值可以一定程度上减小桥梁中支座弯矩,对于中支座负弯矩区的混凝土开裂有很好的抑制作用。同时,只在负弯矩区铺装自应力混凝土时,自应力对跨中截面的不利影响很小,可忽略不计。
【关键词】：自应力混凝土 桥面铺装 叠合梁 数值模拟
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U443.33
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景及意义10-11
• 1.2 桥面铺装设计及国内外研究现状11-13
• 1.3 自应力混凝土的发展与研究现状13-14
• 1.4 钢纤维自应力混凝土研究现状14-15
• 1.5 主要研究工作15-16
• 第2章 混凝土材料力学性能试验16-23
• 2.1 自应力混凝土(SSC，Self-stressing Concrete)16-17
• 2.2 选用材料17-19
• 2.3 纤维混凝土的浇筑和养护19-20
• 2.4 混凝土配合比20-21
• 2.5 混凝土基本力学性能21-22
• 2.6 本章小结22-23
• 第3章 单跨倒T形叠合梁抗弯性能试验23-37
• 3.1 试验设计23-24
• 3.2 试件制备24-26
• 3.3 试验结果分析26-29
• 3.3.1 裂缝发展情况26-28
• 3.3.2 荷载位移曲线分析28-29
• 3.4 理论分析部分29-31
• 3.5 单跨倒T形叠合梁数值模拟分析31-36
• 3.5.1 建模31-32
• 3.5.2 单跨倒T形叠合梁数值模拟结果分析32-34
• 3.5.3 自应力值不同时单跨试验梁的模拟分析34-36
• 3.6 本章小结36-37
• 第4章 两跨连续叠合T梁抗弯试验研究37-50
• 4.1 试验设计37-38
• 4.2 试件制备38-39
• 4.3 两跨连续T形叠合梁试验结果分析39-43
• 4.3.1 荷载位移曲线分析39-41
• 4.3.2 裂缝发展情况41-43
• 4.4 两跨连续T形叠合梁数值模拟43-49
• 4.4.1 建模43-44
• 4.4.2 两跨连续叠合T梁数值模拟结果分析44-46
• 4.4.3 叠合层钢纤维自应力混凝土浇筑长度对试验梁抗弯性能的影响46-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 钢纤维自应力混凝土桥面铺装数值模拟50-62
• 5.1 概述50-54
• 5.1.1 研究方案50-51
• 5.1.2 混凝土非线性分析51
• 5.1.3 单元选择及基本参数51-52
• 5.1.4 荷载52-54
• 5.1.5 APDL求解SOLID65单元截面内力的思路54
• 5.2 桥梁结构建模54-57
• 5.3 计算结果分析57-61
• 5.3.1 SFRSSC自应力作用对桥梁内力的影响57-58
• 5.3.2 车辆荷载58-59
• 5.3.3 重力荷载作用59-60
• 5.3.4 数据整理分析60-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 结论与展望62-65
• 6.1 本文工作的总结62-63
• 6.2 研究前景与展望63-65
• 参考文献65-71
• 攻读硕士期间发表的学术论文及取得的科研成果71-72
• 致谢72

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