【摘 要】
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钢-混凝土组合梁桥负弯矩区在荷载下会产生钢梁受压、混凝土桥面板受拉的不利情况,混凝土桥面板受拉开裂会降低组合梁的刚度与耐久性,在不利环境下易导致氯离子侵蚀,进一步降低其疲劳性能。本文一方面从设计角度出发,对各负弯矩区阻裂方案进行参数化分析;另一方面从运营角度出发,展开腐蚀效应下剪力键耐久性劣化研究。主要内容包括以下几个方面:(1)采用有限元软件ABAQUS对支点顶升、跨中压重、预应力张拉、刚度滞后
【基金项目】
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国家自然科学基金(52078424); 中铁第四勘察设计院集团有限公司科技课题(2019K087);
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钢-混凝土组合梁桥负弯矩区在荷载下会产生钢梁受压、混凝土桥面板受拉的不利情况,混凝土桥面板受拉开裂会降低组合梁的刚度与耐久性,在不利环境下易导致氯离子侵蚀,进一步降低其疲劳性能。本文一方面从设计角度出发,对各负弯矩区阻裂方案进行参数化分析;另一方面从运营角度出发,展开腐蚀效应下剪力键耐久性劣化研究。主要内容包括以下几个方面:(1)采用有限元软件ABAQUS对支点顶升、跨中压重、预应力张拉、刚度滞后剪力键、UHPC复合层5种负弯矩区阻裂方法共计23种方案进行阻裂效果分析。选取裂缝宽度、经济性等指标,基于模糊数学综合评价方法,对各方案进行评价进而选取最优方案,结果显示顶升35cm为最优方案。(2)对带裂缝的C50、ECC、UHPC组合梁试件进行6个月的浸泡试验,研究带裂缝状态下栓钉连接件的氯离子侵蚀路径,比较了三种材料抗氯离子侵蚀性能。结果表明:在带裂缝时,C50试件中氯离子更易从混凝土表面侵入,UHPC抗氯离子侵蚀能力最强。考虑最不利侵蚀路径,对栓钉连接件根部预置腐蚀坑初始缺陷,与未预置缺陷试件进行对比,对4个推出试件进行了静力加载,结果表明预置腐蚀坑对栓钉连接件承载力无明显影响,但造成其滑移量增大。将有限元分析结果与试验进行对比,验证了数值模拟的可靠性。(3)为研究腐蚀效应下栓钉连接件的疲劳性能,进行了7个推出试件的疲劳加载试验,采用通电加速锈蚀法对其中3个试件进行腐蚀疲劳加载。以疲劳寿命、残余滑移、动态滑移、剪力键刚度作为损伤变量,分析了腐蚀耦合效应下剪力键的疲劳性能劣化机制,结果表明,腐蚀耦合效应主要影响疲劳损伤发展阶段,造成疲劳寿命、刚度降低,其降低程度与腐蚀速率有关。(4)基于剪切破坏的开裂模式,结合断裂力学建立了腐蚀疲劳寿命预测模型,分析栓钉连接件的疲劳裂纹扩展路径,采用FRANC3D及MATLAB对试验进行了验证,理论值与试验值吻合较好,证明了该预测模型的可行性及有效性。
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