论文部分内容阅读
钢-UHPC轻型组合桥面结构是一种由正交异性钢桥面板与UHPC层通过剪力栓钉组合而成的新型桥面结构。该新型桥面结构的提出旨在综合改善正交异性钢桥面板容易疲劳开裂以及沥青铺装层容易破损等难题。由于钢-UHPC轻型组合桥面结构体系新颖,实桥应用尚少,目前国内外对钢-UHPC轻型组合桥面体系的研究大多为模型试验研究和理论分析研究,而基于实桥测试数据的疲劳研究较少,UHPC层对实桥正交异性钢桥面常见疲劳细节的影响尚不明确,同时也缺乏对UHPC层厚度的确定方法。为此,本文主要开展了以下研究并得到了相应结论:(1)实桥试验研究。通过对轻型组合桥面结构铺设UHPC层前后实桥现场测试试验得到了正交异性钢桥面板常见疲劳细节的应力响应时程,对比分析了铺设UHPC层前后各个细节应力响应变化特征,其结果表明铺设UHPC层后各个细节应力响应降幅明显。通过对比不同位置的细节应力降幅结果,揭示了UHPC层对轻型组合桥面结构实桥细节应力响应的影响规律。(2)数值仿真分析研究。通过条带模型静力加载实验数据与三种有限元模型(完全滑移模型、部分滑移模型和无滑移模型)分析结果的对比,确定了适用于疲劳分析的模型,在此基础上建立了枫溪大桥有限元分析模型。通过与实测结果的对比,证实有限元模型的正确性,同时还分析了不同车速和多车辆等因素对轻型组合桥面板的动力响应的影响,确定了车速和多车辆等因素对疲劳评估的影响很小。(3)疲劳评估研究。基于实桥测试数据和子模型分析技术采用了名义应力法、热点应力法以及等效结构应力法对钢-UHPC轻型组合桥面板结构常见疲劳细节进行了疲劳评估,并给出了三种方法详细的评估流程以及相应的细节评估结果。对比分析了三种疲劳评估方法的适用性,并针对不同的细节推荐了不同的疲劳评估方法。同时还推荐了一种用于弧形切口自由边疲劳评估的方法。(4)UHPC层厚度设计曲线研究。通过考虑剪力钉间距、保护层厚度、钢筋间距以及UHPC层厚度的参数分析试验,发现UHPC层厚度对轻型组合桥面结构刚度有较大影响。通过有限元模型计算得到了不同UHPC层厚度及不同钢面板厚度下各疲劳细节影响面,基于影响面结果,给出了UHPC层厚度设计曲线,并通过算例给出了使用方法,同时说明了UHPC层厚度设计曲线具有较好的实用性。(5)弧形切口优化研究。通过子模型分析技术,分别对欧洲规范推荐的公路桥梁弧形切口Type1、Normal弧形切口Type2、Haibach弧形切口Type3以及美国规范推荐的弧形切口Type4等四种常见的弧形切口形式进行了对比分析研究,对相对表现更优的Type3弧形切口形式进行了弧线线形优化。在此研究基础上,提出了无弧形切口构造的轻型组合桥面结构形式。对比发现,无弧形切口的构造形式其抗疲劳性能明显优于带弧形切口的构造形式,可用于新桥桥梁以得到更轻更薄的轻型组合桥面结构,亦可用于已开裂的旧桥加固,这一构造形式具有较强的工程应用意义。