适于钢桥面铺装的钢-UHPC环氧增韧界面受力性能研究

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超高性能混凝土(UHPC)铺装正交异性钢桥面体系可望明显增加桥面刚度,进而克服钢桥面结构疲劳开裂、沥青铺装损坏的隐患,但桥面栓钉焊接不免会引起钢桥面的焊接疲劳,带来极大焊接工作量的同时,也给后期桥面铺装的更换带来了困难。本文依托导师团队承担的国家自然科学基金青年基金项目“考虑界面疲劳损伤的UHPC加固混凝土桥梁结构力学行为研究”(52008066),结合界面性能试验和数值分析,研究了多种结合界面对钢-UHPC组合桥面板受力性能的影响。主要的研究内容如下:
  (1)对六类钢-UHPC界面进行了直剪试验、弯折试验,分析了界面的破坏模式、界面强度、应力-滑移曲线和界面破坏状态的界面性能;基于应力-滑移曲线的断裂能关系提出了“韧性系数”的概念以定量评估界面韧性,并结合界面强度、界面滑移的界面性能比较,最终确定石英砂粘结界面增韧效果最佳。
  (2)依据钢-UHPC环氧增韧界面的增韧特性,基于内聚力模型理论提出新型的增韧-摩擦型界面本构模型;该界面本构在三折线线形中体现了界面的塑性阶段,且考虑了破坏阶段内界面切向的摩擦效应,界面受力行为更为真实;基于界面本构的数值模型与试验结果对比,验证了该界面本构的可靠性与准确性。
  (3)以钢-UHPC组合桥面板为对象,研究了在局部轮载、UHPC收缩和界面缺陷的情况下组合桥面板的界面强度、荷载-挠度曲线、界面滑移和应力分布特性。结果表明,石英砂粘结界面明显增大了钢-UHPC界面的韧性,栓钉+石英砂连接界面相比栓钉连接界面的栓钉用量减少50%,其钢-UHPC组合桥面板的受力性能基本没有变化。
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