论文部分内容阅读
正交异性钢桥面板因其诸多优点而被广泛应用于桥梁结构中,但桥面板疲劳开裂和铺装层易损的难题亟待解决。为此课题组提出了由正交异性钢桥面板与薄层超高韧性混凝土 STC(Super Toughness Concrete)组合而成的轻型组合桥面板这一新型结构。由于STC层显著提高了桥面板的刚度,因此可对结构进行优化。本文在传统带U肋的轻型组合桥面板的基础上,提出了带大U肋的轻型组合桥面板方案。与原结构相比,带大U肋的轻型组合桥面板用钢量基本不变,而面板-U肋-隔板三者间焊缝总长度大大减少。本文从有限元计算出发,分析该结构的静力和疲劳性能,同时通过试验探究STC层的受力性能,主要完成的工作如下:(1)进行了带大U肋的轻型组合桥面板尺寸设计。以某斜拉桥为模拟对象,采用带大U肋的轻型组合桥面板方案,利用有限元计算软件Midas-Civil建立全桥模型,关注其在不同荷载组合下构件的内力和应力水平,结果表明,大U肋轻型组合桥面板的应用并不会显著改变斜拉桥各构件的内力和应力。利用有限元计算软件ANSYS对带大U肋的轻型组合桥面板局部受力性能进行计算,并将之与其他三种方案进行挠度和应力水平的对比。结果表明,带大U肋的轻型组合桥面板的竖向挠度、横向应力最大值与传统U肋的轻型组合桥面板接近;在大U肋轻型组合桥面板中,STC层发挥出了更大的组合作用。(2)使用ANSYS建立钢箱梁节段有限元模型,基于热点应力法,对体系的6个典型疲劳细节进行疲劳验算,结果表明,在大U肋轻型组合桥面板中,6个疲劳细节的应力幅水平与传统U肋轻型组合桥面板相当,均小于对应的疲劳等级,部分疲劳细节应力幅值低于对应的常幅疲劳极限,理论上永不开裂。最后,对STC与钢顶板的抗剪连接件—栓钉进行疲劳性能评估,结果表明,栓钉受到的剪应力幅满足规范要求。(3)对前面疲劳验算得到的应力幅仍高于常幅疲劳极限的两个细节进行疲劳寿命计算,得到了细节③和细节④可经受标准疲劳车的作用次数。(4)通过计算说明了大U肋轻型组合桥面板的STC层具有良好的横向受力性能。为探究此轻型组合桥面板STC层的纵向弯拉性能,开展了负弯矩条带足尺试验,确定带大U肋的轻型组合桥面板STC顶层纵向名义开裂应力为24.1MPa,远超STC层计算最大拉应力10.9MPa。以上分析初步表明,带大U肋的轻型组合桥面板有较好的疲劳和静力性能。