NC翼板与UHPC翼板部分充填砼窄幅钢箱连续组合梁对比研究

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传统的钢箱-混凝土连续组合梁负弯矩区处于不利的受力状态,本文在NC翼板部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁的基础上,进一步提出了UHPC翼板部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁。该结构通过将负弯矩区的普通混凝土(Normal Concrete,NC)翼板替换为超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)翼板来改善负弯矩区混凝土翼板过早开裂而退出工作的问题,进一步提高窄幅钢箱连续组合梁的耐久性、整体刚度和负弯矩区的承载能力。本文依托国家自然科学基金项目(51108109、51168011、52068012)和广西自然科学基金项目(2020GXNSFAA159003),在课题组已有NC翼板部分充填砼窄幅钢箱连续组合梁的研究基础上,对UHPC翼板部分充填砼窄幅钢箱连续组合梁进行理论计算以及有限元分析。取得的主要研究成果如下:(1)通过模型试验,研究了NC翼板部分充填砼窄幅钢箱连续组合梁受力过程中混凝土翼板开裂及裂缝的发展过程,以及钢箱梁的局部屈曲、挠曲变形以及破坏形态等现象,分析其产生的原因,得到了翼板裂缝宽度-荷载关系曲线、荷载-跨中挠度关系曲线、截面高度-应变关系曲线等试验成果。(2)通过理论分析对NC翼板部分充填砼窄幅钢箱连续组合梁及UHPC翼板部分充填砼窄幅钢箱连续组合梁的极限承载力进行计算,结果表明,后者的极限承载力相较前者提高约12%。建立了NC翼板部分充填砼窄幅钢箱连续组合梁有限元模型,并与试验值进行对比分析。发现两者的受力过程基本一致,说明本文所建立的模型能够真实地反映试件在试验过程中实际的受力状态和特征。(3)在NC翼板部分充填砼窄幅钢箱连续组合梁模型的基础上将负弯矩区NC翼板替换为UHPC建立UHPC翼板部分充填砼窄幅钢箱连续组合梁模型,并对其进行数值分析。有限元软件模拟结果显示UHPC模拟梁的极限承载力相较NC模拟梁提高约14%,与理论计算结果相差2%。其负弯矩区翼板受拉损伤区域较NC梁减小约13%。(4)通过改变UHPC翼板部分充填砼窄幅钢箱连续组合梁有限元模型的UHPC翼板厚度、纵向配置来对其进行截面优化,综合考虑受力性能、施工便捷以及经济性,建议UHPC翼板布置的合理厚度为整个混凝土翼板上缘的0.65H~0.75H,中支座区合理的纵向长度为跨径的0.3L~0.33L。
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