带T型条带UHPC菱形湿接缝梁受力性能研究

摘要

装配式混凝土桥梁由于施工简便、力学性能优良而得到广泛应用，其与整体浇筑的桥梁相比，最大的不同之处在于节段之间的接缝。接缝处混凝土界面分离且纵筋不连续，故接缝结构的力学性能和耐久性能是影响装配式桥梁整体受力和适用性能的最主要因素。在车辆作用及环境因素的影响下，一些早期建造的装配式桥梁已经出现不同程度的损伤，在远没有达到其设计使用寿命之时就出现工作性能和耐久性能严重下降，存在较多的安全隐患。UHPC(超高性能混凝土)是一种具超高力学与耐久性能的水泥基纤维复合材料，可望解决上述装配式混凝土桥梁接缝薄弱的问题。　　本文通过6片UHPC带T型条带菱形接缝梁和2片完整梁的加载试验、Abaqus有限元分析以及抗剪承载力理论计算方法对纯弯状态和弯剪复合作用下试验梁的受力性能进行研究，主要的工作内容和分析结果如下：　　(1)介绍了3片梁的抗弯加载试验，分析了主要试验结果。试验结果表明，有腰筋接缝梁承载力略小于完整梁，且延性很好，表明UHPC带T型条带菱形接缝梁的抗弯性能较为优秀。接缝梁的不同配筋方式对裂缝的开展影响较小，但腰筋可以避免接缝层间错位，有效提高接缝结构的抗弯承载力。　　(2)介绍了5片梁的抗剪加载试验，详细阐述了试验梁的荷载-挠度关系、开裂荷载、极限荷载、裂缝发展及分布情况、钢筋应变、混凝土主应变等情况；对比分析了剪跨比对接缝梁受力性能的影响。试验结果表明，无加强钢板的接缝梁和对应的完整梁均发生弯曲破坏；并且开裂后继续承受的荷载能力相近，接缝梁的延性好于完整梁，说明UHPC带T型条带菱形接缝梁的抗剪性能较好。随着剪跨比的增大，试验梁的延性逐渐增大，极限抗剪承载力逐渐减小。UHPC带T型条带菱形接缝梁与普通混凝土构件不同，当剪跨比在2.09、3.14时均发生剪压破坏，当剪跨比为1.41时发生斜压破坏。　　(3)利用《纤维混凝土结构技术规程》(CECS38：2004)推荐方法、法国超高性能混凝土指南(SETRA-AFGC 2016)推荐方法、塑性上限理论、极限平衡理论、桁架-拱模型法对上述试验梁进行抗剪承载力计算分析。结果表明，上述方法均能对UHPC带T型条带菱形接缝梁的抗剪承载力进行预估，当使用CECS38:2004推荐方法与极限平衡理论进行预估时，计算值略高于试验值，当使用法国UHPC规范推荐方法、塑性上限理论和桁架-拱模型理论进行预估时，计算值略低于试验值，有一定的安全富余。塑性上限理论和桁架-拱模型理论的抗剪承载力计算值与试验值的离散程度较大，法国UHPC规范推荐方法的抗剪承载力计算值离散程度较小。总的来说，法国UHPC规范推荐方法预测的接缝梁抗剪承载力符合最好。还可以看出，在计算剪跨比＞3的接缝梁时，计算结果偏保守，在计算剪跨比＜1.5的接缝梁时，计算结果偏不安全，当剪跨比在1.5~3时，计算值与试验值吻合较好。　　(4)通过Abaqus有限元软件建立试验梁模型，按强制位移进行加载，模拟试验梁加载的全过程，分析得到试验梁的混凝土塑性应变云图、荷载-跨中挠度曲线等，可知仿真模拟值与试验值较吻合，表明模型中选取的材料本构参数、接缝界面接触参数等较为准确，可以为设计及工程应用提供很好的参考。

目录

第 1 章 绪论

1.1 研究背景

1.2 超高性能混凝土（UHPC）概述

1.2.1 UHPC 的简介

1.2.2 UHPC 材料的工程应用

1.3 UHPC 接缝研究

1.3.1 UHPC 湿接缝研究

1.3.2 UHPC 干、胶接缝研究

1.4 本文主要研究内容及意义

第 2 章 UHPC 带 T 型条带菱形接缝梁弯曲试验研究

2.1 研究思路

2.2 试验梁模型

2.2.1 模型设计及分组

2.2.2 模型制作

2.2.3 量测方案

2.2.4 加载方案

2.3 材性试验及结果

2.3.1 UHPC 立方体抗压试验

2.3.2 UHPC 弹模试验

2.3.3 UHPC 棱柱体试验

2.3.4 钢筋拉伸试验

2.3.5 结果汇总

2.4 结果及分析

2.4.1 挠度变化曲线

2.4.2 延性分析

2.4.3 裂缝分析

2.4.4 应变分析

2.5 本章小结

第 3 章 UHPC 带 T 型条带菱形接缝梁抗剪试验研究

3.1 研究思路

3.2 试验梁模型

3.2.1 模型设计及分组

3.2.2 模型制作

3.2.3 量测方案

3.3 结果及分析

3.3.1 挠度变化曲线

3.3.2 裂缝分析

3.3.3 应变分析

3.3.4 引伸仪数据分析

3.4 抗剪能力计算方法

3.4.1 CECS38：2004 推荐方法

3.4.2 法国 SETRA-AFGC 推荐方法

3.4.3 塑性上限理论

3.4.4 极限平衡理论

3.4.5 桁架-拱模型

3.4.6 试验结果与公式计算结果对比

3.5 本章小结

第 4 章 接缝梁有限元分析

4.1 有限元法简介

4.2 有限元模型概述

4.2.1 材料

4.2.2 模型建立

4.3 结果分析

4.3.1 荷载-挠度曲线

4.3.2 混凝土应变

4.4 本章小结

结论与展望

参考文献

致谢

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