帶開(kāi)口肋的輕型組合橋面板基本性能研究.pdf

1、正交異性鋼橋面板在現(xiàn)代大中跨徑橋梁中獲得了廣泛應(yīng)用，但許多在役的正交異性鋼橋面板出現(xiàn)了不同程度的鋼結(jié)構(gòu)疲勞和鋪裝層損壞等病害，嚴(yán)重影響其使用性和耐久性。為系統(tǒng)解決傳統(tǒng)正交異性鋼橋面板的兩大頑疾，湖南大學(xué)的邵旭東教授提出將具有高彈性模量、高抗拉強(qiáng)度的密實(shí)配筋UHPC與傳統(tǒng)正交異性鋼橋面板通過(guò)抗剪連接件連接，形成“輕型組合橋面板結(jié)構(gòu)”，理論和試驗(yàn)均表明，輕型組合橋面板結(jié)構(gòu)能有效降低鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，且UHPC層自身彎拉強(qiáng)度高，抗疲勞性能良好。<

2、br>　　本文在帶閉口肋的輕型組合橋面板的基礎(chǔ)上，提出了簡(jiǎn)化的輕型組合橋面板結(jié)構(gòu)-帶開(kāi)口肋的輕型組合橋面板，針對(duì)其靜力和疲勞性能主要完成了以下工作:
　　(1)為解決帶閉口肋的輕型組合橋面板結(jié)構(gòu)對(duì)U-橫隔板連接處細(xì)節(jié)應(yīng)力改善有限，部分細(xì)節(jié)仍存在疲勞開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的問(wèn)題，提出了“帶開(kāi)口肋的輕型組合橋面板結(jié)構(gòu)”。以洞庭湖二橋?yàn)楣こ瘫尘埃撹炝壕植坑邢拊Ｐ秃颓虮饪v肋-橫隔板連接細(xì)節(jié)的子模型，并基于熱點(diǎn)應(yīng)力法和缺口應(yīng)力法，對(duì)橫隔板開(kāi)孔孔型

3、和厚度進(jìn)行了參數(shù)分析。理論計(jì)算表明:球扁縱肋-橫隔板連接處3個(gè)典型疲勞細(xì)節(jié)的疲勞性能受橫隔板厚度影響顯著;綜合比較幾種常見(jiàn)的孔型，蘋(píng)果型開(kāi)孔的疲勞性能最優(yōu)。為進(jìn)一步驗(yàn)證輕型組合橋面板的疲勞性能，開(kāi)展了足尺模型疲勞試驗(yàn)，橫隔板采用16mm厚帶蘋(píng)果型開(kāi)孔的設(shè)計(jì)方案。疲勞試驗(yàn)中，控制細(xì)節(jié)（橫隔板切口自由邊緣）的應(yīng)力幅為90.6MPa，歷經(jīng)250萬(wàn)次循環(huán)加載后，試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭械湫推诩?xì)節(jié)均未出現(xiàn)疲勞裂紋。最后又基于S～N曲線對(duì)UHPC疲勞性能進(jìn)行了

4、評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，帶球扁鋼縱肋的輕型組合橋面板的鋼結(jié)構(gòu)和UHPC層的疲勞性能良好，能滿足洞庭湖二橋的工程要求。
　　(2)基于面積、慣性矩和形心位置等效的原則，試設(shè)計(jì)兩種縱肋形式的輕型組合橋面板結(jié)構(gòu)，對(duì)比了兩類結(jié)構(gòu)的靜力性能、疲勞性能和經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明:與傳統(tǒng)正交異性鋼橋面板相比，輕型組合橋面板的靜力和疲勞性能均有一定程度的改善，且全壽命經(jīng)濟(jì)效益顯著;帶開(kāi)口肋的輕型組合橋面板基本消除了傳統(tǒng)開(kāi)口肋正交異性鋼橋面板的縱肋過(guò)柔，荷載橫向分

5、配能力較差等缺點(diǎn)，應(yīng)用前景廣闊。
　　(3)為探究輕型組合橋面板UHPC薄層中小尺寸栓釘連接件的靜力和疲勞性能，對(duì)總計(jì)6個(gè)試件進(jìn)行了靜力加載和疲勞試驗(yàn)?；陲@式動(dòng)態(tài)分析方法，采用ABAQUS軟件進(jìn)行了靜力推出試驗(yàn)的數(shù)值分析，隨后又設(shè)計(jì)9個(gè)正交試驗(yàn)開(kāi)展了栓釘參數(shù)分析及特征值影響因素顯著性分析。最后，基于洞庭湖二橋工程，對(duì)輕型組合橋面板中小栓釘連接件的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算。結(jié)果表明:①靜力試驗(yàn)結(jié)果表明:UHPC薄層中的小栓釘（d=13mm

6、，h=35mm）仍具有較好的抗剪承載力，試件的破壞模式均為栓釘剪斷，UHPC薄層中小栓釘?shù)某休d力設(shè)計(jì)值可偏安全地按照Eurocode-4規(guī)范的計(jì)算式Pd=0.8Asfu/γv得到。其中，γv為安全系數(shù)，推薦值為1.25; UHPC薄層中栓釘?shù)谋Ｗo(hù)層厚度僅15mm時(shí)，試件破壞時(shí)UHPC板未出現(xiàn)劈裂和表面開(kāi)裂現(xiàn)象;②UHPC薄層中的小栓釘承載力Pu主要受栓釘?shù)闹睆絛和屈服強(qiáng)度f(wàn)y影響，滑移特征值δu主要受栓釘?shù)母叨萮影響，抗剪剛度ksc主要

7、受栓釘?shù)闹睆絛影響;③疲勞試驗(yàn)表明:試件疲勞破壞時(shí)UHPC板保持完好而未開(kāi)裂，試件的疲勞破壞源于栓釘根部栓桿的疲勞斷裂;試件破壞前的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)滑移量增加緩慢且增量較小，在試件疲勞破壞階段，滑移值增速較快且增量明顯;栓釘疲勞壽命估算值與實(shí)測(cè)值吻合較好，基于斷裂力學(xué)方法可以較好地預(yù)測(cè)UHPC薄層中小栓釘?shù)钠趬勖?④小栓釘連接件的疲勞強(qiáng)度和承載力均滿足洞庭湖二橋輕型組合橋面板的設(shè)計(jì)要求。
　　(4)在分析局部輪載荷位對(duì)輕型組合橋面