【摘要】：現(xiàn)在許多新建的大跨徑橋梁選擇正交異性鋼橋面結(jié)構(gòu)作為橋面系。然而,正交異性鋼橋面板在許多工程實踐中被證明存在兩大技術(shù)難題:鋼橋面的疲勞開裂以及傳統(tǒng)橋面鋪裝層的病害。因此,筆者所在的研究團(tuán)隊提出,在正交異性鋼橋面板上通過設(shè)置抗剪連接件、密配鋼筋網(wǎng)后澆筑薄型超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)形成結(jié)構(gòu)層,并在其上鋪筑磨耗層,形成超高性能輕型組合梁。這種新型結(jié)構(gòu)具有良好的抗疲勞性能,既能用于舊橋的加固改造工程,也可用于新建橋梁項目。本文對超高性能輕型組合梁的局部受力性能進(jìn)行了初步研究,通過數(shù)值分析方法和足尺模型靜力試驗完成了以下工作:(1)根據(jù)臨岳高速洞庭湖大橋原正交異性鋼橋面的設(shè)計,提出了幾種超高性能輕型組合梁方案,包括閉口肋方案和開口肋方案。通過大型通用有限元程序ANSYS建立每種方案的局部橋面系計算模型,對比各方案的結(jié)構(gòu)位移及應(yīng)力結(jié)果,選出適合于洞庭湖大橋的最佳橋面系方案。分析結(jié)果表明:超高性能輕型組合梁方案均具有良好的受力性能,與原方案相比,極大地提高了結(jié)構(gòu)的局部剛度,降低了結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平;而在超高性能輕型組合梁方案中,開口縱向加勁肋方案和閉口縱向加勁肋相比,能更大幅度的降低橫隔板上的應(yīng)力水平,具有更好的抗疲勞性能。(2)為了研究帶閉口縱向加勁肋的超高性能輕型組合梁的局部受力性能,參考洞庭湖大橋,制作橋面板的足尺靜力試驗?zāi)Ｐ�。分別對澆筑UHPC層之前的純鋼梁和澆筑UHPC層之后的組合梁進(jìn)行靜力加載試驗。靜力試驗結(jié)果表明:超高性能輕型組合梁極大地降低了正交異性鋼橋面結(jié)構(gòu)中容易發(fā)生疲勞破壞的細(xì)節(jié)的應(yīng)力水平,尤其是對于鋼頂板,應(yīng)力降幅達(dá)到90%,但對橫隔板的應(yīng)力降幅較小。(3)為了研究帶開口縱向加勁肋的超高性能輕型組合梁的局部受力性能,參考洞庭湖大橋,制作橋面板的足尺靜力試驗?zāi)Ｐ汀７謩e對澆筑UHPC層之前的純鋼梁和澆筑UHPC層之后的組合梁進(jìn)行靜力加載試驗。靜力試驗結(jié)果表明:帶開口縱向加勁肋的超高性能輕型組合梁也極大地降低了正交異性鋼橋面結(jié)構(gòu)中容易發(fā)生疲勞破壞的細(xì)節(jié)的應(yīng)力水平,對橫隔板的應(yīng)力降幅達(dá)到了62%,這要優(yōu)于閉口縱向加勁肋方案,提高了結(jié)構(gòu)的抗疲勞性能。
【圖文】：

超高性能輕型組合梁局部受力性能勁肋的間距一般取為 1.0~2.5m；當(dāng)采用閉口縱向加勁肋時，橫向加勁肋的間距一般取為 2.0~4.0m。在設(shè)計中一般選擇縱向加勁肋連續(xù)通過橫向加勁肋，故橫向加勁肋在相應(yīng)位置需設(shè)置過焊孔，其形狀對受力有較大影響。正交異性鋼橋面板縱向加勁肋一般分為閉口加勁肋和開口加勁肋，如圖 1. 1所示。早期的正交異性鋼橋面基本采用開口縱向加勁肋，常用的主要有平剛型、球頭型、不等邊角鋼和焊接倒 T 形等幾種結(jié)構(gòu)形式。其中，平板剛縱向加勁肋的結(jié)構(gòu)最簡單，但是要求板厚較大。球頭扁鋼縱向加勁肋可以一定程度的彌補(bǔ)平板剛的不足，且在國內(nèi)外作為型鋼生產(chǎn)，材料比較經(jīng)濟(jì)。開口縱向加勁肋的構(gòu)造比較簡單，便于現(xiàn)場施工，但是開口截面的抗彎剛度和抗扭剛度相對較小。閉口縱向加勁肋的主要分為 V 形、倒梯形、U 形和 Y 形等幾種截面構(gòu)造，其中倒梯形和U 形縱向加勁肋受力性能較好，使用廣泛。由于閉口截面縱向加勁肋需要彎制加工，板厚不宜太厚，通常在 6~10mm 之間。

1997 年建成通車的虎門大橋，，其正交異性鋼橋面已出現(xiàn)了嚴(yán)重的疲勞開裂現(xiàn)象。統(tǒng)計資料顯示，正交異性鋼橋面板中常見的疲勞裂紋有[10]：（1）鋼頂板上由于橫橋向應(yīng)力導(dǎo)致的縱向裂紋（如圖 1. 2）；（2）縱向加勁肋腹板與鋼頂板板連接焊縫處的疲勞裂紋（如圖 1. 2）；（3）橫隔板弧形切口處的裂紋（如圖 1. 2）；（4）橫隔板處縱向加勁肋腹板的裂紋；（5）縱肋工地連接段焊縫開裂。a）頂板開裂 b）縱肋腹板與面板連接焊縫開裂裂縫
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U441

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本文編號：2519769