超高性能轻型组合梁局部受力性能

发布时间：2019-07-26 19:55

【摘要】：现在许多新建的大跨径桥梁选择正交异性钢桥面结构作为桥面系。然而,正交异性钢桥面板在许多工程实践中被证明存在两大技术难题:钢桥面的疲劳开裂以及传统桥面铺装层的病害。因此,笔者所在的研究团队提出,在正交异性钢桥面板上通过设置抗剪连接件、密配钢筋网后浇筑薄型超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)形成结构层,并在其上铺筑磨耗层,形成超高性能轻型组合梁。这种新型结构具有良好的抗疲劳性能,既能用于旧桥的加固改造工程,也可用于新建桥梁项目。本文对超高性能轻型组合梁的局部受力性能进行了初步研究,通过数值分析方法和足尺模型静力试验完成了以下工作:(1)根据临岳高速洞庭湖大桥原正交异性钢桥面的设计,提出了几种超高性能轻型组合梁方案,包括闭口肋方案和开口肋方案。通过大型通用有限元程序ANSYS建立每种方案的局部桥面系计算模型,对比各方案的结构位移及应力结果,选出适合于洞庭湖大桥的最佳桥面系方案。分析结果表明:超高性能轻型组合梁方案均具有良好的受力性能,与原方案相比,极大地提高了结构的局部刚度,降低了结构的应力水平;而在超高性能轻型组合梁方案中,开口纵向加劲肋方案和闭口纵向加劲肋相比,能更大幅度的降低横隔板上的应力水平,具有更好的抗疲劳性能。(2)为了研究带闭口纵向加劲肋的超高性能轻型组合梁的局部受力性能,参考洞庭湖大桥,制作桥面板的足尺静力试验模型。分别对浇筑UHPC层之前的纯钢梁和浇筑UHPC层之后的组合梁进行静力加载试验。静力试验结果表明:超高性能轻型组合梁极大地降低了正交异性钢桥面结构中容易发生疲劳破坏的细节的应力水平,尤其是对于钢顶板,应力降幅达到90%,但对横隔板的应力降幅较小。(3)为了研究带开口纵向加劲肋的超高性能轻型组合梁的局部受力性能,参考洞庭湖大桥,制作桥面板的足尺静力试验模型。分别对浇筑UHPC层之前的纯钢梁和浇筑UHPC层之后的组合梁进行静力加载试验。静力试验结果表明:带开口纵向加劲肋的超高性能轻型组合梁也极大地降低了正交异性钢桥面结构中容易发生疲劳破坏的细节的应力水平,对横隔板的应力降幅达到了62%,这要优于闭口纵向加劲肋方案,提高了结构的抗疲劳性能。
【图文】：

超高性能轻型组合梁局部受力性能劲肋的间距一般取为 1.0~2.5m；当采用闭口纵向加劲肋时，横向加劲肋的间距一般取为 2.0~4.0m。在设计中一般选择纵向加劲肋连续通过横向加劲肋，故横向加劲肋在相应位置需设置过焊孔，其形状对受力有较大影响。正交异性钢桥面板纵向加劲肋一般分为闭口加劲肋和开口加劲肋，如图 1. 1所示。早期的正交异性钢桥面基本采用开口纵向加劲肋，常用的主要有平刚型、球头型、不等边角钢和焊接倒 T 形等几种结构形式。其中，平板刚纵向加劲肋的结构最简单，但是要求板厚较大。球头扁钢纵向加劲肋可以一定程度的弥补平板刚的不足，且在国内外作为型钢生产，材料比较经济。开口纵向加劲肋的构造比较简单，便于现场施工，但是开口截面的抗弯刚度和抗扭刚度相对较小。闭口纵向加劲肋的主要分为 V 形、倒梯形、U 形和 Y 形等几种截面构造，其中倒梯形和U 形纵向加劲肋受力性能较好，使用广泛。由于闭口截面纵向加劲肋需要弯制加工，板厚不宜太厚，通常在 6~10mm 之间。

1997 年建成通车的虎门大桥，，其正交异性钢桥面已出现了严重的疲劳开裂现象。统计资料显示，正交异性钢桥面板中常见的疲劳裂纹有[10]：（1）钢顶板上由于横桥向应力导致的纵向裂纹（如图 1. 2）；（2）纵向加劲肋腹板与钢顶板板连接焊缝处的疲劳裂纹（如图 1. 2）；（3）横隔板弧形切口处的裂纹（如图 1. 2）；（4）横隔板处纵向加劲肋腹板的裂纹；（5）纵肋工地连接段焊缝开裂。a）顶板开裂 b）纵肋腹板与面板连接焊缝开裂裂缝
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U441

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本文编号：2519769