鋼-超薄UHPC層輕型組合橋面性能研究.pdf

1、為了將更薄的超高性能混凝土UHPC（Ultra－High Performance Concrete）層與正交異性鋼橋面組合形成正交異性鋼橋面－超薄UHPC層輕型組合橋面（以下簡稱為鋼－超薄UHPC組合橋面），使之適用于設(shè)計鋪裝層較?。?0mm～55mm）的橋面結(jié)構(gòu)，而盡量不改變原橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，本文對鋼－超薄UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)的基本性能進行了研究。鋼－超薄UHPC組合橋面就是將薄至35mm的UHPC層與正交異性鋼橋面板結(jié)合形成組合

2、結(jié)構(gòu)，并將 UHPC層內(nèi)的鋼筋網(wǎng)直接焊接于正交異性鋼橋面頂板上，用以承擔(dān)兩者之間的剪力。除了35mm的UHPC層外，組合橋面整體還包括鋪設(shè)在 UHPC層上15～20mm厚的磨耗層。這種組合橋面結(jié)構(gòu)需要在保證其安全性、耐久性等基本使用性能的前提下，通過降低自身的厚度，擴大適用范圍，從而同時達到增加橋面剛度，降低了正交異性鋼橋面的疲勞開裂風(fēng)險，避免采用傳統(tǒng)瀝青鋪裝時出現(xiàn)的鋪裝層病害問題。
　　本文以潤揚長江公路大橋南汊懸索橋作為研究對

3、象，擬對其正交異性鋼橋面進行鋼－超薄UHPC組合橋面板方案的研究，主要完成了以下工作：⑴論述了傳統(tǒng)正交異性鋼橋面板及其鋪裝的病害問題，提出了鋼－超薄UHPC組合橋面方案，闡述其構(gòu)造特點和在組合橋面設(shè)計中的必要性。⑵利用有限元軟件Midas對潤揚長江大橋的鋼－超薄UHPC組合橋面方案進行整體計算。計算結(jié)果表明，采用組合橋面對大橋整體受力影響很小，對結(jié)構(gòu)整體安全性基本沒有影響。⑶利用ANSYS有限元軟件對鋼－超薄 UHPC組合橋面進行了基于

4、熱點應(yīng)力法的局部輪載分析，使用國內(nèi)規(guī)范規(guī)定的汽車荷載對組合橋面進行分析，由分析的結(jié)果得知，35mm厚 UHPC層對正交異性鋼橋面板受力性能改善明顯，鋼橋面頂板應(yīng)力幅下降達到68.72％，U肋和橫隔板應(yīng)力幅下降接近11.98%到32.38%，因此可大大降低鋼橋面板疲勞開裂風(fēng)險。同時計算得出的UHPC層表面最大拉應(yīng)為7.48MPa，橫橋向最大拉應(yīng)力為7.36MPa。⑷對35mm厚UHPC層組合板進行橫橋向抗彎試驗研究，試驗結(jié)果表明：UHPC

5、層的開裂強度和極限強度與其截面配筋率密切相關(guān)。隨著配筋率的增大，抗彎強度逐漸提高，開裂應(yīng)力也逐漸增大。B5試件 UHPC表層最小開裂應(yīng)力已經(jīng)達到了26.3MPa，是理論計算中橫橋向拉應(yīng)力7.36MPa的將近3.6倍，可以認(rèn)為，在規(guī)定的汽車荷載作用下，UHPC表層產(chǎn)生的最大拉應(yīng)力小于試驗得出的UHPC層能夠承擔(dān)的拉應(yīng)力，因此是能夠保證結(jié)構(gòu)安全可靠的，證明了此新型組合橋面結(jié)構(gòu)的可行性。⑸闡述了鋼橋疲勞評估的基本理論，簡述了鋼橋疲勞設(shè)計的三種