钢箱梁桥桥面铺装层材料研究与结构优化设计

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要桥面铺装是钢箱梁桥建设的关键环节，我国已建成数十座钢箱梁桥，但到目前为止还没有形成行之有效的铺装材料与结构形式，以及与之相配套的施工工艺及质量控制体系。本文在深入分析钢桥面铺装特点、功能要求、破坏形态及原因后，提出了新型钢桥面铺装材料与结构设计方案：即利用轻质混凝土轻质高强、隔热等优点，将其替代铺装下层SMAl0，并通过焊接剪力件、绑扎钢筋网等手段，提高铺装层与钢桥面板协同一致变形能力；同时优化轻质混凝土配合比，采用纤维和聚合物增韧增强，改善变形能力和耐久性，综合提高钢桥面铺装的使用寿命。研究了纤维种类、掺量、聚合物对轻质混凝土工作性能、容重、强度、韧性、应力应变

2、、抗渗及干缩性能影响规律，制备出适宜于钢桥面铺装的高韧性轻质混凝土，其性能指标：干表观密度小于2000kg／m3；初始坍落度大于20cm，2h大于18cm，不分层离析，可泵性良好；28d抗压强度大于58MPa，28d抗弯强度大于7．0MPa，韧性指数q30大于25：90d干缩率小于2．8x104，抗渗等级达P12以上；研究了轻质混凝土的应力．应变特性，提出了LC40、LC50应力应变全曲线数学表达式，探明了轻质混凝土本构关系。研究了组合结构静力学性能，并利用大型有限元软件ANSYS进行计算对比分析。结果表明：铺装层厚度增加会提高组合层的极限承载力：剪力件间距的减小增加了钢板与轻质混凝土铺装层

3、之间的界面抗剪力和极限承载力，继续减小剪力件间距对于提高极限承载力作用有限；钢板及剪力件的共同作用使得组合件在弹性阶段表现出良好的线性关系，组合梁跨中挠度计算与试验值相近，两者拟合的较好。研究了剪力件的焊接工艺对钢桥面体系影响，结果表明按本方案焊接剪力件不会产生应力集中，对钢桥板母材不会造成不良影响；测试了剪力件的力学性能；制定了钢桥面焊接剪力件的施工工艺及质量控制体系；制定了钢桥面铺装高韧性轻质混凝土与SMAl3的施工工艺及质量控制体系；本方案在武汉东西湖互通C匝道桥、武汉香港路立交桥等进行了工程应用，并即将用于武汉中环线西环段高架桥。工程应用效果显著，实际钢桥面铺装整体造价为400--4

4、60fr．dm3，一次性投资较小；同时，本方案预期使用寿命长，后期经济效益可观，其应用技术与经济优势要强于双层SMA、浇注式沥青混凝土及双层环氧沥青混凝土。基于本技术方案，申请发明专利和实用新型专利各一项，其中实用新型专利已授权。关键词：钢桥面铺装高韧性轻质混凝土剪力件有限元结构优化武汉理工大学硕士学位论文AbstractSurfacingiSthekeytaeheduringtheconstructionofSteel—boxbeam蜥电e．Nearlytwentysteel—boxbeambridgeswerebuildedinourcountry．Bntuntilnow,effccti

5、vepavementmaterialsandstructurehaven’tbeenexploited，andalSOforthecorrespondingconstructiontechnicsandqualitycontrolmgsystem·Surfacingcharacteristics、functionalrequirements、destroyedstatesandreasonsofpavementwereanalysedanddesigningstandardformaterialsandstructureofthenewsteeldeckpavementsmethod呲bro

6、ughtforward：thenewmethod稍thadvantagesoflightweightconerete(LC)suchaslightweight、highstrength、heatinsulation、gooddeflectioncapabilityandSOon，whichreplacedwithSMAIO，andthroughweldingshearconnectors、colligatingreinforcingsteelbarandSOon，asawholetoenhancetheconsistentdistortionbetweenpavementandsteelde

7、ck．AtthesalTle，thematrixproportionoflightweightconcrete(LC)WaSoptimizedtoimproveitsdistortioncapabilityanddurability,thenprolongtheemployedlifeofsteeldeckbridgepavement．乃eeffectoffibreandpolypropyleneonwork