论文部分内容阅读
预制拼装桥梁具有施工速度快、经济、对环境干扰小等优点,被广泛应用于桥梁建设中,但预制拼装桥梁在接缝处钢筋及钢纤维不连续,属于薄弱位置,在运营中容易出现开裂、渗水以及局部破损等病害,影响桥梁结构在运营期间的安全性及耐久性。超高性能混凝土(Ultra High Peformance Concrete,简称UHPC)具有强度高、韧性大、耐久性优异,且具有一定抗拉强度等优点,将其运用于预制拼装技术中,可较好地解决预制拼装桥梁接缝过于薄弱的问题。因此,本试验设计了10块UHPC预制拼装湿接缝板,探究不同接缝形式(无接缝、平缝及新型内扣牛腿接缝)、不同钢纤维含量(1%、2%及3%)以及钢筋不同搭接方式(直接搭接、U形搭接)等参数对UHPC预制拼装湿接缝板受弯性能的影响,其主要研究成果如下:(1)通过10块UHPC预制拼装湿接缝板弯曲破坏试验,研究分析了各试验板的裂缝开展规律、荷载-位移曲线、荷载-应变曲线、破坏形式以及极限承载力等,其结果表明:试件破坏的过程大致分为四个阶段:弹性阶段、弹塑性阶段、屈服阶段、破坏阶段等。弹性阶段时构件无开裂,结构刚度基本不变,竖向位移小,卸载后位移能复位;试验板一旦开裂,即进入弹塑性阶段,此阶段试件受拉区首先出现裂缝,整板试件因其具有钢纤维的桥接作用,裂缝开展前期还能承受部分拉力。对于平接缝板试件,由于接缝面钢筋及钢纤维不连续,一旦开裂,该处混凝土便退出工作,不再承受拉力。而新型内扣牛腿接缝试件中,其接缝面的转角将原来的一条笔直的竖向主裂缝分割成一条有转角的主裂缝与若干衍生裂缝,使新型内扣牛腿接缝板裂缝处有更多的混凝土参与受力,从而改善了试件的受力性能。(2)提高UHPC接缝板的钢纤维含量,有利于限制细小裂缝的发展,增强试件抗渗与抗碳化能力;相比于平接缝试件,新型内扣牛腿接缝可提高试件极限承载能力,其最大提高了16%,新型内扣牛腿接缝试件的受力性能优于平接缝试件。新型内扣牛腿接缝可以有效地限制预制段与接缝段的相对位移,可以提高试件的开裂荷载与割线刚度。新型内扣牛腿接缝使构件的开裂荷载提高了35.1%以上;与钢筋直接搭接的试验板相比,U形钢筋内部的核心混凝土形成了刚性接缝的压力传力柱,在外力作用下,与纵向受拉钢筋形成拉压杆结构,此结构中,U筋形成的压力柱远大于直筋形成的压力柱,此时核心压力柱将受到弯矩与剪力的共同作用,进而削弱部分拉力,提升了试件的初始刚度。故新型内扣牛腿接缝的构造可以较好地解决预制节段桥梁接缝薄弱点的问题。(3)本文研究了试验板破坏形态以及试验板极限抗弯承载力,考虑了UHPC材料的抗拉强度对试件抗弯承载力的贡献。基于平截面假定及变形协调条件,对试验板薄弱截面进行正截面应力-应变分析。根据合力大小与作用点不变的原则,将应力-应变分布图等效为矩形应力-应变分布图,引入受拉、受压区域换算系数,考虑了不同接缝形式对UHPC预制拼装湿接缝板抗弯承载力的影响,提出适用不同接缝形式接缝板的抗弯承载力公式,并引用其他学者的试验数据验证公式的适用性。通过对本试验结果与其他学者的试验结果分析可知,计算值与试验值吻合较好,可为工程实际与相关规范提供一定的参考。(4)本文分析了UHPC接缝板的挠度计算方式,采用共轭梁比拟法计算出试验板挠度表达式。通过截面分析以及变形协调条件,对截面刚度进行分析。试验板在开裂前,截面刚度不变,试件开裂后截面惯性矩发现变化,截面刚度降低。由于UHPC材料具有较强的抗拉能力,在截面刚度的计算中,考虑了材料的抗拉能力的影响,拟合出适合计算接缝板短期刚度的参数。通过公式计算的挠度值与试验板挠度实测值吻合程度较好,证明刚度系数拟合程度较好。(5)利用大型有限元分析软件ABAQUS对UHPC预制拼装湿接缝板进行全过程非线性分析,将其模拟结果与试验板实测结果相比,拟合结果较好。同时分析了试验板不同配筋率及不同抗压强度等对试验板承载能力的影响。结果表明:提高试验板钢筋配筋率能有效提高试验板承载力,在配筋率不变的情况下,在一定范围内提高UHPC试验板的抗压强度,对试验板抗弯承载力影响较小。