钢桥面-超薄UHPC-TPO组合铺装抗弯疲劳试验研究

发布时间：2017-09-12 11:03

  本文关键词：钢桥面-超薄UHPC-TPO组合铺装抗弯疲劳试验研究

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【摘要】：钢桥面铺装层作为整个钢桥面结构的重要组成部分,其发展越来越受到学术界及工程界的重视。针对自重非常敏感的特大跨径桥梁,本文提出一种钢-超薄UHPC-TPO组合桥面解决方案。本文是以虎门大桥作为工程背景,拟对钢-超薄UHPC-TPO铺装体系方案的进行抗弯疲劳性能的研究,本论文主要完成了以下工作:开展钢-超薄UHPC-TPO组合板静力抗弯试验研究。试验结果表明:TPO比UHPC更早呈现非线性特性;当UHPC层裂缝宽度达到0.2mm时,TPO并没有开裂,仍具有较强的变形能力。组合板破坏时,钢-UHPC层间滑移较小,最大滑移量为3.12mm;TPO-UHPC界面无明显变化。采用弹性分析方法计算UHPC的开裂强度为22.08~24.28MPa,大于实桥荷载作用下UHPC顶面横向拉应力;当UHPC裂缝宽度达到0.05mm时,TPO层无可视裂缝出现,TPO开裂强度应超过此时其对应的计算拉应力6.15MPa,远高于实桥荷载下横桥向TPO最大拉应力。采用塑性分析方法计算钢-UHPC-TPO组合板的极限抗弯承载力,与试验值相比偏大。结合有限元分析方法,对组合板的横向抗弯疲劳性能进行研究。结果表明:钢桥面-超薄UHPC-TPO组合铺装体系在最不利荷位工况下,有限元计算横桥向UHPC层最大拉应力6.93MPa,横桥向TPO层最大拉应力1.04MPa;组合板在UHPC层拉应力范围为1.9MPa~9.3MPa的疲劳荷载作用下(等效脉动应力为8.5MPa)和UHPC层拉应力范围为2.9MPa~14.0MPa(等效脉动应力13.2MPa)的疲劳荷载作用下,先后加载200万次和337万次,UHPC层表面出现宽度为0.05mm裂缝,TPO表面始终未见裂缝出现。组合板单独在拉应力范围为2.9MPa~14.0MPa(等效脉动应力13.2MPa)的疲劳荷载作用下,历经430.1万次后,UHPC最大裂缝宽度达到0.05mm,TPO仍无可视裂缝出现。TPO显示出良好的抗裂纹扩展性能;组合板在疲劳试验前后,刚度分别下降13.1%和9.6%;剩余强度分别下降15%和11%,显示出良好的抗弯拉疲劳性能。分别采用损伤-断裂力学方法和Miner线性理论方法建立了钢-超薄UHPC-TPO组合铺装体系疲劳损伤模型并预估钢桥面-超薄UHPC-TPO组合铺装体系的疲劳寿命。
【关键词】：钢桥面铺装 钢-超薄UHPC-TPO组合结构 抗弯性能 疲劳试验 疲劳寿命
【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】：U446.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-23
• 1.1 引言11
• 1.2 正交异性钢桥面铺装体系概述11-17
• 1.2.1 正交异性钢桥面及其铺装体系的结构形式11-13
• 1.2.2 钢桥面铺装体系两大技术难题13-14
• 1.2.3 正交异性钢桥面铺装体系研究现状14-17
• 1.3 钢-超薄UHPC-TPO轻型组合桥面的提出17-21
• 1.3.1 UHPC的研究现状17-18
• 1.3.2 TPO的研究现状18-20
• 1.3.3 钢-超薄UHPC-TPO轻型组合桥面简介20-21
• 1.4 本文主要研究目的与主要研究内容21-22
• 1.4.1 本文主要研究目的21
• 1.4.2 本文主要研究内容21-22
• 1.5 解决的关键问题和创新点22-23
• 1.5.1 解决的关键问题22
• 1.5.2 创新点22-23
• 第2章 钢-UHPC-TPO组合板抗弯静力试验研究23-36
• 2.1 引言23
• 2.2 试验模型的设计与制作23-27
• 2.2.1 试件制作23-25
• 2.2.2 试件材料性能25-27
• 2.3 试验方案27-28
• 2.3.1 加载方案27
• 2.3.2 测试内容与测点布置27-28
• 2.4 试验结果与分析28-35
• 2.4.1 荷载-挠度曲线28-30
• 2.4.2 开裂强度分析30-31
• 2.4.3 界面滑移分析31-32
• 2.4.4 最大裂缝宽度发展规律32-33
• 2.4.5 极限抗弯承载力分析33-35
• 2.5 本章总结35-36
• 第3章 钢-UHPC-TPO组合板弯拉疲劳性能试验研究36-54
• 3.1 引言36
• 3.2 轻型组合铺装体系有限元分析36-42
• 3.2.1 工程背景36-38
• 3.2.2 有限元单元38-40
• 3.2.3 有限元建模40-42
• 3.2.4 有限元分析42
• 3.3 疲劳试验42-44
• 3.3.1 加载方案42-43
• 3.3.2 破坏标准43
• 3.3.3 疲劳试验荷载上下限43-44
• 3.4 疲劳试验结果与分析44-52
• 3.4.1 疲劳开裂寿命44-45
• 3.4.2 荷载-挠度曲线45-47
• 3.4.3 最大应变变化47-49
• 3.4.4 组合板剩余弯拉强度49-50
• 3.4.5 组合板抗弯刚度50-51
• 3.4.6 疲劳试验前后最大裂缝宽度51-52
• 3.5 本章总结52-54
• 第4章 钢-UHPC-TPO组合铺装体系疲劳寿命预估54-69
• 4.1 引言54
• 4.2 损伤-断裂基本理论54-60
• 4.2.1 损伤力学理论54-56
• 4.2.2 断裂力学理论56-60
• 4.3 传统的疲劳累积损伤理论60-62
• 4.3.1 线性疲劳累积损伤理论60-61
• 4.3.2 双线性疲劳累积损伤理论61
• 4.3.3 非线性疲劳累积损伤理论61-62
• 4.4 钢-超薄UHPC-TPO组合铺装体系疲劳特性分析62-67
• 4.4.1 损伤-断裂力学疲劳损伤模型62-67
• 4.4.2 Miner线性疲劳损伤模型67
• 4.5 本章总结67-69
• 总结与展望69-71
• 参考文献71-76
• 致谢76-77
• 附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)77

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