预制超高性能混凝土π形梁桥的设计与初步试验

发布时间：2017-12-01 13:19

  本文关键词：预制超高性能混凝土π形梁桥的设计与初步试验

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【摘要】：为解决传统中、小跨径混凝土梁桥接缝多、易开裂、耐久性低等问题,提出新型预制超高性能混凝土(UHPC)π形梁桥结构。π形梁由T形双主梁和带纵、横肋的桥面板整体预制而成,桥面板设置有纵向接缝,通过接缝灌注UHPC将预制梁在横向连成整体。与传统混凝土相比,UHPC具有强度高、耐久性好等一系列优点,用UHPC材料替代传统混凝土材料,可以减小结构几何尺寸、简化细节构造,进而减轻下部结构重量,同时可以实现快速施工。此外,现浇UHPC接缝施工方便快速,连接可靠,越来越广泛的应用于预制混凝土构件的接口连接,能有效提高桥面板的耐久性和整体性。本文研究了超高性能混凝土π形梁的截面形式,UHPC属于“轻质高强”材料,其设计结构应具有“细、薄、巧、轻”的特点。设计π形梁腹板较薄,且桥面板采用带纵、横肋的薄型板,将相同30m跨径传统混凝土T形梁桥方案和超高性能混凝土π形梁桥方案进行对比,结果表明π形梁桥自重仅为T形梁桥的47%。根据法国UHPC规范对π形梁进行了初步的配筋设计,并对两根1:2缩尺梁模型进行抗弯及抗剪试验研究。结果表明超高性能混凝土π形梁的初裂应力及承载能力均满足工程要求;纵向配筋率的提高能够显著提高梁底纵向开裂应变,限制裂缝开展;按法国规范计算得到的抗剪承载力小于实验值,且裂缝宽度计算值大于试验测量值,理论计算偏安全。本文还设计了一种π形梁桥桥面板纵向接缝构造,接缝采用企口形式,并预埋有连接钢筋。为研究π形梁纵向接缝强度,进行了接缝足尺模型试验研究。结果表明接缝开裂应力试验值为12.2MPa,大于桥面板设计最大主拉应力10.78MPa,接缝满足受力要求;接缝附近位置应变测量值一直维持较低水平,而垂直跨越接缝位置应变测量值相继进入非线性增长状态,同一测线上应变增长不一致的现象表明了接缝界面在加载过程中出现分离。利用ABAQUS有限元软件对梁模型进行了非线性有限元分析,结果表明试验值与模拟值吻合较好,验证了ABAQUS损伤塑性模型中所取材料参数的准确性和适用性;损伤塑性模型中极限拉应力参数取值对于模拟结果影响较明显,其取值越低,模拟得到的弹性极限和开裂后刚度就越低。此外,采用库伦摩擦模型得出的接缝模拟结果与试验值较为吻合;接缝模型极限荷载模拟值约为完全粘结模型极限荷载的90%,设计接缝强度还有一定的提升空间。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.5

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本文编号：1241240