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超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高强度和超高耐久性的水泥基复合材料,用于π形预制梁和现浇湿接缝,构成UHPC π形梁桥,自重小、无需进行桥面板施工、现浇湿接缝少、湿接缝耐久性高,能够有效地解决传统混凝土梁桥存在的问题。因此,本文通过有限元模拟和理论分析的方法对UHPC π形梁桥的基本力学性能进行了研究。主要工作和结论如下:(1)参考国内外已有UHPC π形梁工程实例,初步拟定跨径为30米的UHPC π形梁截面尺寸,进而对相同跨径、具有同等极限承载力的UHPC π形梁和混凝土T梁的性能和经济性进行对比。结果表明,尽管截面远低于混凝土T梁,但UHPC π形梁在弯曲和剪切作用下的弹性极限承载力和开裂应变都显著高于混凝土 T梁,且自重低于混凝土 T梁30%,桥梁全生命周期成本远低于混凝土 T梁。(2)研究了桥面板厚度、横向钢筋、横隔板对UHPC π形梁横向力学性能的影响。结果表明,桥面板厚度和横向钢筋总面积增加,加强横隔板约束均能提高UHPC π形梁横向力学性能。桥面板宽度与厚度之比不宜大于25或小于13.3,建议区间为16.67-20;建议顶板宽度与横向钢筋间距比为10-20,钢筋直径减小可以有效降低裂缝发展速度和宽度;建议横隔板间距为15m。结合规范和理论推导,给出了 UHPC 形梁横向验算方法。(3)建议了 UHPC湿接缝连接方式,建立了由UHPC湿接缝连接的桥面板仿真模型,得到了 UHPC湿接缝的传力机理,并研究了接缝深度和悬臂长度对桥面板力学性能的影响。结果表明,UHPC湿接缝通过横向钢筋U形端勾底部相互挤压UHPC进行传力;接缝深度和悬臂长度对于桥面板和接缝的受力和变形影响非常大,建议的接缝深度大小为180mm;建议悬臂板长度与厚度之比为4.9-6.6。(4)由能量变分原理推导了 UHPC π形梁剪力滞效应解析解并计算了有效分布宽度,结果表明,UHPC π形梁剪力滞效应缓和;我国公路桥规有效宽度计算法过于保守,不适用于UHPC π形梁。在此基础上根据能量变分原理给出了UHPC π形梁有效宽度建议计算法,算例表明本文建议计算法得到的结果既准确又偏于安全,适用于工程设计;(5)建立了 UHPC π形梁桥整体有限元模型,并以此对UHPC π形梁桥整体力学性能进行研究。结果表明,UHPC π形梁桥面板在车辆荷载作用下没有开裂风险;通过UHPC湿接缝和横隔板连接的UHPC π形梁桥,多片梁之间可以很好地传递桥上荷载。