UHPC局部填充预制混凝土桥面板疲劳性能研究

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中文摘要：预制拼装桥面板因具备预制装配快速、可靠等优点，在世界桥梁工程中应用日趋广泛。两相邻桥面板通过后浇湿接缝相互连接，桥面板与下部钢梁通过后浇剪力钉槽连接，这两处连接部件作为桥面板主要传力部位，显著影响了桥面板整体的受力性能，在长期车辆荷载作用下，极易引起疲劳破坏。本文以莆炎高速沙溪大桥为工程背景，以该桥的湿接缝及剪力钉槽为切入点进行疲劳试验研究，通过总结各种材料的疲劳本构，采用疲劳全过程分析法，模拟疲劳加载全过程，同时结合有限元法对桥面板疲劳寿命及疲劳性能的影响参数展开分析。本文的主要研究工作如下：（1）基于足尺试验，对后浇UHPC纵缝试验件及后浇UHPC剪力钉槽试验件进行疲劳试验研究，分析试验件的挠度变形、开裂性能、疲劳寿命、破坏模式及剩余承载力。结果表明在疲劳荷载作用下，两个试验件预制与后浇UHPC部件交界处仅出现微小裂缝，裂缝在后期均无明显扩张趋势，抗裂性能较好；变截面上表面均出现多条裂缝，受损程度较大。在后续静载破坏试验中，两个试验件承载力降低程度均小于10%，且破坏形式均为变截面处发生弯剪破坏。（2）通过研究在任意疲劳加载次数下混凝土及钢筋的退化形式，总结了钢筋及混凝土的疲劳本构。利用疲劳全过程分析法将疲劳本构应用于有限元软件，计算所得结果与疲劳试验结果进行对比，得到挠度变化、钢筋应变及混凝土应变误差均在20%左右，证明了疲劳本构模型的可行性，验证了本研究归纳的疲劳过程分析方法能部分取代钢筋混凝土试验件疲劳试验。同时，通过比较多种填充材料得出，采用UHPC可以显著改变结构的受力形式，使得后浇的薄弱部位安全性能提高，为实际工程中疲劳研究提供参考。（3）以FE-SAFE作为ABAQUS模型的后处理软件，对模型进行参数分析。研究参数包括荷载幅值、预制混凝土板的强度、配筋率及预制混凝土板的厚度。结果表明：改变疲劳上限荷载对结构疲劳寿命的影响大于改变疲劳下限荷载，荷载幅值增大能显著降低结构的疲劳寿命；结构疲劳寿命随预制混凝土板强度等级的提高而小幅增加，但随配筋率的提高而大幅增加；当预制混凝土板厚度与现浇段厚度比值小于0.8时，疲劳寿命受板厚的影响较大，当比值大于0.8时，继续增大板厚对疲劳寿命影响较小。

作者：

李钢伟

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关键词：

公路桥预制混凝土桥面板超高性能混凝土局部填充疲劳性能

授予学位：

硕士

学科专业：

土木工程

导师：

孙颖、蔡鹏程

学位年度：

2023

学位授予单位：

福州大学

语种：

中文

中图分类号：