节段预制拼装UHPC箱梁接缝构造形式及力学性能研究

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近年来,我国节段预制拼装桥梁发展迅速,对于UHPC这种强度高且耐久性好的材料,特别适于节段预制拼装桥梁工艺,不仅预制周期短,运输效率高,而且架设拼装也方便。节段预制拼装桥梁纵向以节段长度划分,横向以主梁宽度划分,节段间一般是以键齿接缝连接,横向主梁间则以湿接缝连接,因此,接缝成为了结构受力的薄弱环节,接缝的力学性能是研究热点。广东省英德市北江四桥大站镇侧堤跨引桥(102m UHPC简支箱梁桥)也是一座节段预制拼装桥梁,其纵向节段间采用键齿胶接缝连接,横向主梁间通过湿接缝连接。在此背景下,本文针对该桥的湿接缝和键齿胶接缝的构造形式进行了相关研究,主要工作内容如下:(1)以广东省英德市102m UHPC简支箱梁桥为工程背景,对其整体结构、湿接缝以及键齿接缝进行了简要介绍;采用Midas Civil软件对全桥进行了整体受力分析,得到了关键接缝截面的剪力设计值;采用ABAQUS软件建立了全桥实体模型,得到了最不利荷载组合作用下湿接缝的横向拉应力。(2)根据实桥湿接缝构造及尺寸,进行了6块UHPC湿接缝试验板的抗弯性能试验,试验结果表明:下部加厚湿接缝的力学性能最好,其次是植筋的上部加厚湿接缝、未植筋的上部加厚湿接缝、菱形湿接缝。对实桥UHPC桥面板湿接缝进行了应力验算,结果表明:实桥菱形湿接缝满足设计要求,抗裂性安全系数达到1.57。(3)根据实桥节段间键齿接缝的构造形式及尺寸,进行了1个平干接缝、1个平胶接缝以及7个键齿胶接缝缩尺模型的直剪性能试验,试验结果表明:键齿胶接缝由于键齿倾角、正应力水平及胶层厚度的不同,其破坏模式可分为滑移破坏和直剪破坏;环氧树脂胶对于接缝的承载力及破坏模式有较大影响;键齿配筋能显著提高UHPC键齿胶接缝的开裂荷载及承载力。(4)通过ABAQUS软件分别对湿接缝及键齿接缝试验模型进行了数值分析,验证了湿接缝及键齿接缝数值模型的准确性;同时对键齿接缝模型的分析结果表明:对于发生剪切破坏的键齿胶接缝试件,采用绑定约束(Tie)能较好的模拟胶接缝受力,而对于平胶接缝以及发生滑移破坏的键齿胶接缝试件,不能采用绑定约束(Tie)模拟胶接缝受力。(5)对现有的多个胶接缝承载力计算公式进行了归纳和分析,与本文试验结果对比分析发现,所有公式均低估了UHPC键齿胶接缝的抗剪承载力,只有王建超公式的计算值与本文试验值较为接近,推荐王建超的公式作为目前UHPC胶接缝抗剪承载力的计算公式。应用推荐公式对实桥关键截面接缝抗剪承载力进行验算,结果表明:接缝不会发生剪切破坏,满足设计要求。
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