【摘 要】
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为解决大跨钢桥普遍出现的钢结构疲劳破坏和铺装层损坏两大问题,作者所在团队提出一种新型组合桥面结构体系,即钢桥面板+UHPC（Ultra-high performance Concrete）+面层组合桥面体系。基于UHPC高韧性的特点,组合桥面在正常使用状态处于非线性受力阶段,且该桥面体系整体厚度较薄,面层应力分布规律及现有线性分析方法对新型组合桥面的适用性有待深入探究。为此,本文建立了钢-UHPC
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为解决大跨钢桥普遍出现的钢结构疲劳破坏和铺装层损坏两大问题,作者所在团队提出一种新型组合桥面结构体系,即钢桥面板+UHPC（Ultra-high performance Concrete）+面层组合桥面体系。基于UHPC高韧性的特点,组合桥面在正常使用状态处于非线性受力阶段,且该桥面体系整体厚度较薄,面层应力分布规律及现有线性分析方法对新型组合桥面的适用性有待深入探究。为此,本文建立了钢-UHPC-面层组合板非线性有限元模型开展研究,主要完成以下研究工作:建立钢-UHPC-面层非线性有限元模型并验证其正确性,基于已验证的非线性模型对面层厚度、初始模量和层间接触状态进行了因素分析,并将线性和非线性模型层间应力计算结果对比,得到以下结果:非线性有限元模型计算得到组合板在弯曲荷载下弹性极限值低于试验观测值,弹性极限荷载计算值为5.96k N,而试验观测到2#和3#试件第一条裂缝时的荷载值分别为8.9k N和11.4k N;因素分析结果显示TPO与UHPC层间摩擦系数为4.0时与实际情况最接近,完全连续的接触状况或超载都会使TPO层内最大剪应力和拉应力增大,随TPO厚度增加或者随温度升高,TPO层内最大剪应力和拉应力降低,增加TPO层厚度可以有效降低面层纵向裂缝出现的风险;对于面层采用SMA的组合板,推荐层间摩擦系数取1.6,层间接触状态和厚度对SMA层内剪应力分布规律无明显影响,高温下SMA层内剪应力明显低于常温。对于两种组合板结构,荷载增大对面层与UHPC层间受力都有不利影响;非完全连续状况下层间剪应力和正应力计算结果都低于完全连续状况模型;厚度对层间剪应力和正应力计算值都有明显影响;高温状况下,两种面层材料层间剪应力和正应力都明显低于常温计算值。采用TPO为面层的组合桥面线性模型和非线性模型层间应力计算值差别不大,且都低于实验强度值,满足安全要求,实际工程中设计计算时采用线性模型即可满足工程精度要求。采用SMA为面层的组合桥面线性模型计算更偏安全,实际工程计算采用线性模型可满足要求。
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