SHCC材料在桥面无缝连续化中的应用研究

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已建成的各级公路桥梁中,中小跨径的桥梁居多,这种桥梁广泛采用装配式简支梁体系设计,此体系的缺点是需要设置大量的伸缩缝与支座,使用中难以避免出现跳车现象与行车振动。另外,已经建成的旧桥由于支座损坏严重,需要定期更换支座与养护维修。据不完全估计所需的维修费用高达到总费用的15%。“简支梁桥面连续体系”是一种无缝化的桥梁,不需要设置伸缩装置,可以获得较长的连续桥面,既具有简支梁桥的力学特性,又能为车辆提供连续的车道,从而保证了行车的平稳、舒适,避免了伸缩装置的破坏,有力地维护了简支梁的设计意图,同时发挥了连续桥面的优越性。“简支梁连续桥面”的重点在于对两跨间支座处的相邻桥面连续处连接板的性能与构造设计上。本文针对“简支梁连续桥面”所需使用性能,对连接板力学分析理论及其对桥梁连续性的影响程度展开了研究,以连接板“主动”适应桥面连续处的受力与变形理念为出发点,通过试验得到满足连接处桥梁变形要求的高韧性地收缩的SHCC (strain-hardening cement-based composites)纤维增强水泥基材料。将采用试验所得的SHCC材料作为连接板用材,依据目前对连接板的设计理论推导出设置无粘结区连接板的设计公式,该公式考虑了材料参数、几何尺寸和无粘结长度等因素有关。除此之外,对不同长度桥梁的普通混凝土桥面与SHCC改善后的连接板改善后桥面的受力性能进行了对比分析,为了使SHCC连接板桥面受力合理,将无粘结区长度与跨长比的变化范围设定为从0%到10%,通过大型数值分析软件ANSYS进行数值模拟分析。结果表明:与普通混凝土桥面相比,除了无粘结区长度与跨长比值为0%的SHCC连接板情况外,其余情形均可以满足桥梁的性能要求,且施工方便,因而这种方法是可行的,不仅可用于实际工程中对新建桥梁进行设计,也可以对已建成的旧桥的接缝处进行加固改造。通过本文研究发现连接板受力表现为拉弯构件,本文提出的无粘结区的合理长度,使桥梁的使用性能得到保证,为桥面连续的简支梁桥提供了一种切实可行的方法,对以后的设计与工程应用具有重要的意义。
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