新型UHPC箱梁桥面体系横向受力性能试验研究

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1、学校代号10532学号S150100077分类号U443.32密级公开硕士学位论文新型UHPC箱梁桥面体系横向受力性能试验研究学位申请人姓名虢玉标培养单位土木工程学院导师姓名及职称邵旭东教授学科专业桥梁与隧道工程研究方向大跨与新型桥梁结构研究论文提交日期2018年5月29日学校代号：10532学号：S150100077密级：公开湖南大学硕士学位论文新型UHPC箱梁桥面体系横向受力性能试验研究学位申请人姓名：虢玉标导师姓名及职称：邵旭东教授培养单位：土木工程学院专业名称：桥梁与隧道工程论文提交日期：2018年5月29日论文答辩

2、日期：2018年6月1日答辩委员会主席：华旭刚教授ExperimentalResearchontheTransversalMechanicalBehaviorofDeckSystemintheNewTypeofUHPCBoxGirderBridgebyGuoYubiaoB.E.(ChangshaUniversityofScience&Technology)2015AThesisSubmittedinPartialSatisfactionoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngine

3、eringinBridgeandTunnelEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorXudongSHAOMay,2018新型UHPC箱梁桥面体系横向受力性能试验研究摘要本文所指的新型UHPC(UltraHighPerformanceConcrete，简称UHPC)连续箱梁桥新体系是一种采用UHPC、具有密集横隔板的单向预应力的新型结构。该新结构充分利用UHPC的优异力学性能，从而减薄箱梁壁厚，上部结构自重可减轻约50%，长期徐变变形仅为常规梁的20%。

4、不仅有望解决传统大跨径预应力混凝土梁桥梁体开裂、下挠两大病害，同时为实现300m以上跨径梁式桥提供一种具有竞争力的、新的桥型方案。新型UHPC箱梁桥桥面体系的受力特征不同于传统混凝土箱梁的单向受力模式，UHPC箱梁桥中横隔板和腹板共同支承桥面轮载，桥面轮载沿纵横向双向传递。桥面体系受力较为复杂，有必要开展其局部受力性能的研究。鉴于此，本文主要从以下几个方面开展研究工作：（1）以广东清新大桥石角侧跨堤引桥为工程背景进行试设计，拟定新型UHPC连续箱梁桥设计方案，全桥整体计算表明，试设计方案整体受力满足规范要求。节段模型中桥面体

5、系静力和疲劳计算表明，上弦板下缘横向受力最不利，横隔板上弦板在支承改善桥面板受力的同时能否保持自身良好状态值得关注。（2）通过横隔板上弦板缩尺模型试验和有限元数值模拟，验证横隔板上弦板的抗裂性能和承载能力是否满足工程要求，同时探究上弦板在轮载作用下破坏全过程的受力特征。结果表明：横隔板上弦板的抗裂性能和承载能力均满足工程要求。试验梁受力全过程大致分为3个阶段：线弹性阶段、裂缝多元开展阶段和屈服阶段，最终破坏形态为受弯破坏，破坏时上弦板底缘钢筋被拉断。（3）基于混凝土损伤塑性模型，采用非线性有限元软件ABAQUS对实验梁进行全

6、过程分析，在验证有限元模型可靠性后，对影响上弦板抗裂性能和承载能力的主要特征进行参数分析，结果表明:有限元模型与试验值吻合良好，说明采用的UHPC和钢筋本构能较好模拟试验全过程。在此基础上进行参数分析，探究了钢筋直径，上弦板高度和UHPC抗拉强度对试验梁抗弯性能的影响规律。结果表明：适当增加配筋率可以增加裂后刚度，提高极限承载力；增加上弦板高度可以提高初始刚度和极限承载力，增加延性；提高UHPC抗拉强度，弹性阶段刚度基本不变，裂后刚度和极限承载能力均有所提高。（4）基于法国规范裂缝宽度公式对试验梁进行横向受力抗裂性能分析，结

7、果表明法国规范计算结果与实测试验梁开裂应力较为接近，这说明法国规范的可靠性。抗裂性能参数分析表明：增大配筋率整体上可以提高上弦板下缘开裂应力。当试验模型上弦板高度从24cm增加到36cm时，开裂应力变化不大，但是抗裂安II硕士学位论文全系数从1.14增加到1.36。（5）基于平截面假定，并考虑UHPC和钢筋的材料非线性，编制了实验梁荷载--位移曲线的非线性数值分析程序。数值分析结果与实测结果吻合良好，说明了编制程序所采用条带法和共轭梁法的正确性。关键词：桥梁工程；新型UHPC箱梁；桥面体系；横向受力性能；非线性有限元分析II

8、I新型UHPC箱梁桥面体系横向受力性能试验研究AbstractThenewtypeofUHPCcontinuousboxgirderbridgeinthispaperisanewtypeofunidirectionalprestressedstructurewhichcombinesult