鋼-配筋UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)彎曲受拉性能研究.pdf

1、鋪裝層頻繁破損和鋼結(jié)構(gòu)易疲勞開裂是正交異性鋼橋面(Orthotropic SteelDeck，OSD)結(jié)構(gòu)最為常見的兩大病害，提高橋面系局部剛度是一種有效的解決方案。得益于超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete，UHPC)材料優(yōu)異的力學(xué)性能和耐久性能，旨在增強增韌OSD的鋼-配筋UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)有望綜合根治OSD橋面系的兩大頑癥。本文以鋼-配筋UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)為研究對象，對UHPC材料的直

2、接拉伸性能和拉伸本構(gòu)關(guān)系、UHPC材料彎曲受拉性能和二次倒推分析法、配筋UHPC直接拉伸性能、配筋UHPC構(gòu)件彎曲性能以及鋼-配筋UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)靜力彎曲性能等進行了理論分析與試驗研究。論文的主要工作及創(chuàng)新點如下:
　　(1)獲得了拉伸應(yīng)變硬化和多縫開裂特性的UHPC材料，并提出了應(yīng)變硬化UHPC材料的拉伸本構(gòu)關(guān)系模型?；赨HPC材料的拉伸性能概述，分析UHPC材料直接拉伸性能的基本特征;總結(jié)歸納文獻中UHPC材料拉伸性能試

3、驗方法，對直接拉伸試驗的試件形狀和加載裝置進行系統(tǒng)分析和比較，提出適用可行的直接拉伸裝置;以鋼纖維形狀和纖維摻量為可變參數(shù)正交設(shè)計直接拉伸試件，探索不同纖維摻量和形狀對UHPC材料拉伸性能尤其是可視初裂應(yīng)力及應(yīng)變的影響;基于直接拉伸試驗結(jié)果提出包含應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和應(yīng)力-裂縫寬度關(guān)系兩部分的受拉本構(gòu)關(guān)系模型。
　　(2)提出了可簡易準確獲取UHPC材料受拉應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的二次倒推分析方法。在UHPC材料的彎曲拉伸性能中，重點探討獲取

4、材料受拉應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系的間接測試方法;基于虛功原理分析剪切變形和曲率分布非線性對UHPC受彎構(gòu)件跨中撓度的影響，由此提出考慮剪切變形和曲率分布非線性的二次逐點倒推分析方法;基于四點彎曲試驗的荷載-跨中撓度曲線，采用二次倒推分析法求得兩種不同澆注方式下UHPC材料的受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線;將二次倒推結(jié)果與直接拉伸試驗結(jié)果進行對比，分析二次倒推分析方法獲得UHPC材料受拉應(yīng)力-應(yīng)變曲線的有效性。
　　(3)研究了配筋UHPC的直接拉伸性能

5、?；诶w維復(fù)合材料的纖維增強增韌機理，對鋼筋增強增韌UHPC材料進行目標優(yōu)勢分析;針對組合橋面結(jié)構(gòu)在復(fù)雜受力和環(huán)境條件下UHPC層高拉應(yīng)力特點，進行UHPC材料配筋增強需求分析;以鋼纖維摻量和配筋率為參數(shù)正交設(shè)計配筋UHPC直接拉伸試驗，并分析配筋UHPC拉伸性能的影響因素;通過不同組合配筋形式對UHPC材料直接拉伸特性的分析，探討普通鋼筋替代UHPC材料中部分鋼纖維的可行性;基于配筋UHPC的裂縫特性建立配筋UHPC的裂縫寬度計算公式

6、。
　　(4)研究了配筋UHPC構(gòu)件的彎曲拉伸性能?；趹?yīng)變硬化UHPC材料的本構(gòu)關(guān)系和UHPC構(gòu)件受彎力學(xué)模型，分析配筋UHPC構(gòu)件的彎曲受拉性能;設(shè)計配筋UHPC受彎構(gòu)件并進行四點彎曲試驗，然后根據(jù)試驗結(jié)果探討配筋UHPC結(jié)構(gòu)的彎曲受拉特性;分析配筋UHPC梁彎拉裂縫特征并建立最大裂縫寬度計算公式。
　　(5)研究了鋼-配筋UHPC組合橋面結(jié)構(gòu)的靜力彎拉性能?；趥鹘y(tǒng)正交異性板彎曲微分方程及其經(jīng)典解析解，分析降低OSD結(jié)