帶開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代大中跨徑橋梁中獲得了廣泛應用，但許多在役的正交異性鋼橋面板出現了不同程度的鋼結構疲勞和鋪裝層損壞等病害，嚴重影響其使用性和耐久性。為系統解決傳統正交異性鋼橋面板的兩大頑疾，湖南大學的邵旭東教授提出將具有高彈性模量、高抗拉強度的密實配筋UHPC與傳統正交異性鋼橋面板通過抗剪連接件連接，形成“輕型組合橋面板結構”，理論和試驗均表明，輕型組合橋面板結構能有效降低鋼結構的應力，且UHPC層自身彎拉強度高，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上，提出了簡化的輕型組合橋面板結構-帶開口肋的輕型組合橋面板，針對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構對U-橫隔板連接處細節(jié)應力改善有限，部分細節(jié)仍存在疲勞開裂風險的問題，提出了“帶開口肋的輕型組合橋面板結構”。以洞庭湖二橋為工程背景，建立鋼桁梁局部有限元模型和球扁縱肋-橫隔板連接細節(jié)的子模型，并基于熱點應力法和缺口應力法，對橫隔板開孔孔型

3、和厚度進行了參數分析。理論計算表明:球扁縱肋-橫隔板連接處3個典型疲勞細節(jié)的疲勞性能受橫隔板厚度影響顯著;綜合比較幾種常見的孔型，蘋果型開孔的疲勞性能最優(yōu)。為進一步驗證輕型組合橋面板的疲勞性能，開展了足尺模型疲勞試驗，橫隔板采用16mm厚帶蘋果型開孔的設計方案。疲勞試驗中，控制細節(jié)（橫隔板切口自由邊緣）的應力幅為90.6MPa，歷經250萬次循環(huán)加載后，試驗模型中典型疲勞細節(jié)均未出現疲勞裂紋。最后又基于S～N曲線對UHPC疲勞性能進行了

4、評價。結果表明，帶球扁鋼縱肋的輕型組合橋面板的鋼結構和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，試設計兩種縱肋形式的輕型組合橋面板結構，對比了兩類結構的靜力性能、疲勞性能和經濟性。結果表明:與傳統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，且全壽命經濟效益顯著;帶開口肋的輕型組合橋面板基本消除了傳統開口肋正交異性鋼橋面板的縱肋過柔，荷載橫向分

5、配能力較差等缺點，應用前景廣闊。
　　(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，對總計6個試件進行了靜力加載和疲勞試驗。基于顯式動態(tài)分析方法，采用ABAQUS軟件進行了靜力推出試驗的數值分析，隨后又設計9個正交試驗開展了栓釘參數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，對輕型組合橋面板中小栓釘連接件的疲勞強度進行驗算。結果表明:①靜力試驗結果表明: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薄層中小栓釘的承載力設計值可偏安全地按照Eurocode-4規(guī)范的計算式Pd=0.8Asfu/γv得到。其中，γv為安全系數，推薦值為1.25; UHPC薄層中栓釘的保護層厚度僅15mm時，試件破壞時UHPC板未出現劈裂和表面開裂現象;②UHPC薄層中的小栓釘承載力Pu主要受栓釘的直徑d和屈服強度fy影響，滑移特征值δu主要受栓釘的高度h影響，抗剪剛度ksc主要

7、受栓釘的直徑d影響;③疲勞試驗表明:試件疲勞破壞時UHPC板保持完好而未開裂，試件的疲勞破壞源于栓釘根部栓桿的疲勞斷裂;試件破壞前的很長一段時間內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測值吻合較好，基于斷裂力學方法可以較好地預測UHPC薄層中小栓釘的疲勞壽命;④小栓釘連接件的疲勞強度和承載力均滿足洞庭湖二橋輕型組合橋面板的設計要求。
　　(4)在分析局部輪載荷位對輕型組合橋面