發(fā)布時間：2020-03-27 04:07

【摘要】：中、小橋及涵洞是高速公路工工程的重要組成部分之一,但涵洞結(jié)構(gòu)存在著施工繁瑣、耐久性差、跨徑偏小以及高填方土下長期經(jīng)濟效益差等問題,采用固有的結(jié)構(gòu)形式和結(jié)構(gòu)材料不能從根本上解決這一問題。本文提出一種凈跨徑8m以上的UHPC-NC組合式蓋板涵結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)能在不明顯增加結(jié)構(gòu)造價的情況下,有效提高結(jié)構(gòu)抗裂性能,使其能適應(yīng)更大的跨度和填土高度;并且使用預(yù)制UHPC倒“T”型梁作為底模,施工便利、快捷。本文闡述了組合式蓋板涵的設(shè)計流程,并為驗證其可行性,進行了 1:1足尺模型試驗和Abaqus有限元模型對比分析,并討論了組合結(jié)構(gòu)存在的收縮、徐變效應(yīng)作用下的應(yīng)力重分布問題,最后采用粒子群優(yōu)化算法對不同填土高度的情況進行截面尺寸和截面配筋優(yōu)化,并對高填方土?xí)r可能產(chǎn)生的土拱效應(yīng)進行了 Ansys有限元分析,得出的主要工作和結(jié)論匯總?cè)缦?(1)完成了一片足尺模型試驗梁的彎曲加載試驗,得到了加載全過程的主要試驗結(jié)果。試驗結(jié)果表明:試驗梁在設(shè)計荷載的裂縫寬度僅為0.03mm,小于0.05mm的設(shè)計要求,開裂性能良好;同時試驗梁在加載最后階段表現(xiàn)出極強的延性特性,展現(xiàn)了 UHPC優(yōu)良的力學(xué)特性。(2)通過Abaqus有限元分析模擬試驗梁加載全過程,并進行數(shù)據(jù)對比得到了很好的結(jié)果,證明這種模擬方法能很好地輔助設(shè)計。(3)基于平截面假定,計算了 UHPC-NC組合式蓋板涵結(jié)構(gòu)在收縮、徐變效應(yīng)共同作用下的結(jié)構(gòu)自身應(yīng)力重分布,并與Midas Civil有限元計算結(jié)果對比,吻合較好,并得出了 UHPC下緣應(yīng)力隨著UHPC長期徐變系數(shù)取值的增加和加載齡期的推遲而減小。(4)使用條帶法計算組合結(jié)構(gòu)受力全過程中鋼筋應(yīng)力隨荷載的變化曲線,通過鋼筋應(yīng)力進而求出UHPC裂縫寬度,計算值可以作為設(shè)計階段正常使用階段驗算的依據(jù)。(5)基于粒子群優(yōu)化算法,針對不同填土高度對截面尺寸和截面配筋進行優(yōu)化設(shè)計,得到了相應(yīng)高度下的結(jié)構(gòu)形式,為設(shè)計提供了一定的參考價值。利用Ansys軟件中的D-P模型模擬高填方土?xí)r可能出現(xiàn)的土拱效應(yīng),得到了針對此種結(jié)構(gòu)形式下出現(xiàn)土拱效應(yīng)的最小填土高度為15m。
【圖文】：

1.1 研究背景與意義1.1.1 中、小橋涵現(xiàn)狀中、小橋及涵洞是高速公路工程的重要組成部分之一，其數(shù)量約占公路橋涵總數(shù)的 70-80％，造價約占橋涵總額的 60％以上，可謂是“量大面廣”。傳統(tǒng)的鋼筋混凝土或圬工結(jié)構(gòu)因其造價較低、從業(yè)人員熟悉、適合當時國民經(jīng)濟建設(shè)要求等優(yōu)勢，，使其在中、小橋和涵洞的結(jié)構(gòu)形式選取中占據(jù)了主導(dǎo)地位。但通過長期的使用后發(fā)現(xiàn)，這種結(jié)構(gòu)物也存在相當明顯的缺點（見圖 1.1），現(xiàn)簡述如下：施工繁瑣 基礎(chǔ)比重大 結(jié)構(gòu)破壞 混凝土破損

世界各國（包括我國）都有大量的鋼筋混凝土（圬工）中、小橋涵存在嚴重破損現(xiàn)象，且隨著時間的推移，其數(shù)量和破壞程度將道路路基會進一步增加，相應(yīng)產(chǎn)生的維護加固費用十分巨大；更重要的是維修加固會造成長時間的交通中斷，所產(chǎn)生的社會影響和經(jīng)濟損失更是無法估計。如何克服和解決傳統(tǒng)混凝土（圬工）中、小橋涵出現(xiàn)的問題已經(jīng)成為橋梁建設(shè)和養(yǎng)護部門的一個棘手難題。1.1.2 涵洞現(xiàn)狀由于工程種類繁多，為滿足不同的工程需要，根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)形式可以將涵洞分為拱涵、管涵、箱涵、蓋板涵。1.1.2.1 拱涵簡介山區(qū)高速公路的特點之一就是存在很多的高填地段和高切地段，對于高填土路段來說，拱涵是一種受力相對合理、施工工藝便于掌握、設(shè)計成熟的涵洞形式，拱涵利用拱結(jié)構(gòu)優(yōu)良的抗壓性能，能夠很好地承擔(dān)高填方土荷載，并且拱涵具有很好的超負荷能力、跨深溝能力、可以大量利用挖方減少棄方等優(yōu)勢[1]。
【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】：2018
【分類號】：U449

【參考文獻】

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本文編號：2602438