钢-UHPC轻型组合桥梁结构华夫桥面板的基本性能-桥梁与隧道工程专业论文

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钢 一 U H P C 轻 型 组 合 桥 梁 结 构 华 夫 桥 面 板 的 基 本 性 能 摘要 基 于 U H P C ， 湖 南 大 学 邵 旭 东 教 授 首 次 提 出 了 适 用 于 ( 特 ) 大 跨 径 桥 梁 且 无 横 向 表 面 受 拉 接 缝 的 钢 ． U H P C ( U l t r a ． h i g h c o n c r e t e ) 轻 型 组 合 桥 梁 结 p e r f o r m a n c e 构 ， 以 克 服 传 统 预 应 力 混 凝 土 主 梁 、 钢 主 梁 、 钢 ． 混 凝 土 组 合 主 梁 由 于 材 料 和 结 构 本 身 缺 陷 所 引 起 的 病 害 。 该 轻 型 组 合 梁 强 度 高 、 自 重 小 、 构 造 简 单 、 施 工 方 便 快 捷 ， 且 全 寿 命 经 济 效 益 显 著 ， 具 有 较 好 的 应 用 前 景 。 本 文 从 有 限 元 分 析 、 基 于 刚 接 梁 法 的 初 步 计 算 、 足 尺 条 带 模 型 试 验 三 方 面 对 U H P C 桥 面 板 的 局 部 受 力 性 能 进 行 了 初 步 研 究 。 湖 南 省 南 县 ． 益 阳 高 速 公 路 南 洞 庭 湖 大 桥 ， 是 一 座 双 塔 双 索 面 半 漂 浮 体 系 斜 拉 桥 ， 主 梁 厚 桥 面 板 、 仅 带 纵 首 次 采 用 了 钢 ． U H P C 轻 型 组 合 梁 。 提 出 三 种 U H P C 桥 面 板 设 计 方 案 ： 等 肋 桥 面 板 、 华 夫 桥 面 板 。 基 于 三 种 桥 面 板 结 构 型 式 ， 采 用 A N S Y S 分 别 建 立 斜 拉 桥 标 准 节 段 的 有 限 元 模 型 ， 各 方 案 分 析 结 果 对 比 表 明 ， 华 夫 板 方 案 较 余 两 种 方 案 具 有 更 好 的 受 力 性 能 ： 车 辆 荷 载 作 用 下 ， 其 整 体 刚 度 和 局 部 刚 度 最 大 ； 与 等 厚 板 相 比 ， 桥 面 板 下 缘 纵 向 应 力 稍 有 增 大 ， 面 板 上 下 缘 纵 横 向 拉 应 力 均 大 幅 减 小 ； 荷 载 作 用 下 华 夫 板 方 案 高 应 力 区 最 小 ， 且 纵 向 湿 接 缝 处 于 低 应 力 状 态 ； 抗 裂 设 计 时 ， 而 等 厚 板 方 案 需 沿 桥 宽 密 布 配 筋 ， 而 带 纵 肋 方 案 仅 需 在 纵 肋 下 缘 配 置 纵 向 受 拉 钢 筋 。 疲 劳 荷 载 作 用 下 ， 华 夫 板 负 弯 矩 受 力 状 态 的 疲 劳 性 能 最 好 ， 面 板 上 缘 纵 横 向 应 力 幅 明 显 减 小 。 因 此 ， 南 洞 庭 湖 大 桥 钢 ． U H P C 轻 型 组 合 梁 的 桥 面 板 建 议 采 用 均 厚 1 4 c m 的 华 夫 板 结 构 型 式 。 果 表 明 ： 基 于 初 等 梁 理 论 对 U H P C 多 跨 连 续 单 向 桥 面 板 下 缘 拉 应 力 进 行 初 步 计 算 ， 结 采 用 刚 接 梁 法 计 算 荷 载 横 向 影 响 线 ， 简 支 桥 面 板 跨 径 取 等 代 简 支 跨 o ． 5 7 7 L 时 ， 计 算 得 到 的 横 向 影 响 线 与 有 限 元 分 析 基 本 一 致 ； 根 据 横 向 影 响 线 对 车 辆 荷 载 进 行 最 不 利 位 置 布 载 ， 求 得 横 向 分 布 系 数 ， 进 而 计 算 得 到 简 支 板 的 最 大 拉 应 力 ， 基 于 弹 性 半 固 接 的 边 界 条 件 对 其 换 算 即 可 得 到 连 续 板 的 最 大 拉 应 力 。 与 有 限 元 分 析 结 果 对 比 表 明 ， 采 用 刚 接 梁 法 计 算 带 纵 肋 的 桥 面 板 时 ， 计 算 精 度 较 高 ， 偏 差 在 1 0 ％ 以 内 ， 且 计 算 结 果 偏 于 安 全 ， 而 计 算 等 厚 桥 面 板 时 偏 差 较 大 ， 需 进 一 步 改 进 。 基 于 U H P C 华 夫 桥 面 板 开 展 了 1 0 个 U H P C 矮 肋 T 梁 静 载 试 验 研 究 ， 研 究 表 明 ： 受 拉 钢 筋 配 筋 率 、 钢 筋 直 径 、 直 线 型 纤 维 直 径 和 长 度 对 U H P C 配 筋 梁 的 初 裂 应 力 影 响 不 大 ， 而 纤 维 带 端 钩 能 显 著 提 高 初 裂 应 力 ， 端 钩 型 、 直 线 型 纤 维 U H P C 配 筋 梁 正 弯 矩 初 裂 应 力 分 别 为 1 9 ． 4 M P a 、 1 0 ． 6 M P a ， 前 者 高 出 后 者 8 3 ％ ： 负 弯 矩 初 裂 应 力 分 别 为 1 3 ． 8 M P a 、 8 ． 4 M P a ， 前 者 高 出 后 者 6 4 ％ ， 钢 一 端 钩 纤 维 U H P C 组 合 板 正 弯 矩 初 裂 应 力 达 4 4 ． 0 M P a ， 为 U H P C 配 筋 梁 的 2 ． 2 9 倍 。 正 弯 矩 工 况 下 ， 端 钩 型 纤 维 U H P C 配 筋 梁 初 裂 应 力 是 下 缘 设 计 拉 应 力 的 1 ． 4 5 倍 ， 试 验 极 限 弯 矩 为 设 II