波形钢-UHPC组合桥面板界面抗剪性能研究

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桥面板作为桥梁结构中直接承受车辆荷载的部位,其工作状态对桥梁结构的安全性和耐久性至关重要。为了提高桥梁结构的整体受力性能,提出了具有自重轻、承载力高的波形钢-UHPC组合桥面板。针对该桥面板的界面受剪性能研究,通过理论分析和非线性数值模拟等方法,计算了栓钉型和PBL型波形钢-UHPC组合桥面板的界面抗剪承载力,并且探讨了影响该桥面板界面受剪性能的主要因素。本文的主要研究内容如下:(1)栓钉型波形钢-UHPC组合桥面板的界面受剪性能研究基于弹性地基梁理论,同时结合栓钉在UHPC中的受力模式与边界条件,推导了栓钉的变形挠曲微分方程,并得到了其荷载位移曲线的理论计算公式。通过ABAQUS对栓钉型波形钢-UHPC组合桥面板的推出试验进行了非线性有限元模拟,研究了栓钉在UHPC中的破坏形态,分析了栓钉数目、栓钉高度、栓钉直径、钢板形状以及混凝土强度等因素对栓钉抗剪性能的影响。结果表明,UHPC中栓钉的破坏模式为其根部的剪断破坏;与焊接在平钢板上的栓钉相比,焊接在波形钢板上的栓钉具有更大的抗剪承载力;UHPC中栓钉型剪力连接件的抗剪承载力与栓钉数目呈线性关系;UHPC中栓钉型剪力连接件的抗剪性能与栓钉高度无关,但是随栓钉直径的增大而提高;栓钉荷载位移曲线的理论值与有限元值总体吻合较好,但局部存在一定误差;参考规范不适用于直接计算UHPC中栓钉型剪力连接件的抗剪承载力。(2)PBL型波形钢-UHPC组合桥面板的界面受剪性能研究通过ABAQUS对PBL型波形钢-UHPC组合桥面板的推出试验进行了非线性有限元模拟,研究了PBL型剪力连接件在UHPC中的破坏形态,分析了开孔形状、开孔数目、开孔直径、孔中钢筋以及混凝土强度等因素对其抗剪性能的影响。结果表明,UHPC中PBL型剪力连接件的破坏模式为孔中混凝土榫的剪切压缩破坏;开孔形状对PBL型剪力连接件的抗剪性能有明显影响;PBL型剪力连接件的抗剪承载力会随着开孔直径的增大、开孔数目的增多以及混凝土性能的提高而提高;参考规范不适用于直接计算UHPC中PBL型剪力连接件的抗剪承载力;通过数据拟合得到了UHPC中PBL型剪力连接件的抗剪承载力计算公式。(3)波形钢-UHPC组合桥面板的界面抗剪设计方法研究提出了适用于波形钢-UHPC组合桥面板界面抗剪设计的弹性设计方法,并通过该方法与塑性设计方法对栓钉型和PBL型波形钢-UHPC组合桥面板进行了界面抗剪设计与计算。计算结果表明,栓钉型波形钢-UHPC组合桥面板更适合采用塑性设计方法进行界面抗剪设计,而PBL型波形钢-UHPC组合桥面板更适合采用弹性设计方法进行界面抗剪设计。当弹性设计方法采用最大水平界面剪力,对波形钢-UHPC组合桥面板进行界面抗剪设计时,可以保证其在弯曲破坏之前不发生界面剪切破坏。
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