UHPC-NC组合式盖板涵受力性能研究

发布时间：2020-03-27 04:07

【摘要】：中、小桥及涵洞是高速公路工工程的重要组成部分之一,但涵洞结构存在着施工繁琐、耐久性差、跨径偏小以及高填方土下长期经济效益差等问题,采用固有的结构形式和结构材料不能从根本上解决这一问题。本文提出一种净跨径8m以上的UHPC-NC组合式盖板涵结构。该结构能在不明显增加结构造价的情况下,有效提高结构抗裂性能,使其能适应更大的跨度和填土高度;并且使用预制UHPC倒“T”型梁作为底模,施工便利、快捷。本文阐述了组合式盖板涵的设计流程,并为验证其可行性,进行了 1:1足尺模型试验和Abaqus有限元模型对比分析,并讨论了组合结构存在的收缩、徐变效应作用下的应力重分布问题,最后采用粒子群优化算法对不同填土高度的情况进行截面尺寸和截面配筋优化,并对高填方土时可能产生的土拱效应进行了 Ansys有限元分析,得出的主要工作和结论汇总如下:(1)完成了一片足尺模型试验梁的弯曲加载试验,得到了加载全过程的主要试验结果。试验结果表明:试验梁在设计荷载的裂缝宽度仅为0.03mm,小于0.05mm的设计要求,开裂性能良好;同时试验梁在加载最后阶段表现出极强的延性特性,展现了 UHPC优良的力学特性。(2)通过Abaqus有限元分析模拟试验梁加载全过程,并进行数据对比得到了很好的结果,证明这种模拟方法能很好地辅助设计。(3)基于平截面假定,计算了 UHPC-NC组合式盖板涵结构在收缩、徐变效应共同作用下的结构自身应力重分布,并与Midas Civil有限元计算结果对比,吻合较好,并得出了 UHPC下缘应力随着UHPC长期徐变系数取值的增加和加载龄期的推迟而减小。(4)使用条带法计算组合结构受力全过程中钢筋应力随荷载的变化曲线,通过钢筋应力进而求出UHPC裂缝宽度,计算值可以作为设计阶段正常使用阶段验算的依据。(5)基于粒子群优化算法,针对不同填土高度对截面尺寸和截面配筋进行优化设计,得到了相应高度下的结构形式,为设计提供了一定的参考价值。利用Ansys软件中的D-P模型模拟高填方土时可能出现的土拱效应,得到了针对此种结构形式下出现土拱效应的最小填土高度为15m。
【图文】：

圬工,钢筋混凝土,问题,涵洞

1.1 研究背景与意义1.1.1 中、小桥涵现状中、小桥及涵洞是高速公路工程的重要组成部分之一，其数量约占公路桥涵总数的 70-80％，造价约占桥涵总额的 60％以上，可谓是“量大面广”。传统的钢筋混凝土或圬工结构因其造价较低、从业人员熟悉、适合当时国民经济建设要求等优势，，使其在中、小桥和涵洞的结构形式选取中占据了主导地位。但通过长期的使用后发现，这种结构物也存在相当明显的缺点（见图 1.1），现简述如下：施工繁琐基础比重大结构破坏混凝土破损

示意图,拱涵,示意图

世界各国（包括我国）都有大量的钢筋混凝土（圬工）中、小桥涵存在严重破损现象，且随着时间的推移，其数量和破坏程度将道路路基会进一步增加，相应产生的维护加固费用十分巨大；更重要的是维修加固会造成长时间的交通中断，所产生的社会影响和经济损失更是无法估计。如何克服和解决传统混凝土（圬工）中、小桥涵出现的问题已经成为桥梁建设和养护部门的一个棘手难题。1.1.2 涵洞现状由于工程种类繁多，为满足不同的工程需要，根据不同的结构形式可以将涵洞分为拱涵、管涵、箱涵、盖板涵。1.1.2.1 拱涵简介山区高速公路的特点之一就是存在很多的高填地段和高切地段，对于高填土路段来说，拱涵是一种受力相对合理、施工工艺便于掌握、设计成熟的涵洞形式，拱涵利用拱结构优良的抗压性能，能够很好地承担高填方土荷载，并且拱涵具有很好的超负荷能力、跨深沟能力、可以大量利用挖方减少弃方等优势[1]。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U449

【参考文献】