UHPC-T型梁受力性能的试验与数值研究

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本文围绕T型梁展开研究。首先进行UHPC-T型梁试件抗弯承载能力试验,并进行数值模拟;然后建立T型梁桥有限元模型,并进行车-轨-桥耦合分析。主要研究内容如下:(1)设计并制作了5根配有高强钢筋的UHPC-T型梁并进行受弯荷载试验。研究了配有高强钢筋的UHPC T型梁在不同配筋率下的抗弯性能,同时对比研究钢纤维对T型梁抗弯强度及抗弯韧性的贡献。研究了在相同的钢纤维掺量下不同基材组分的UHPC材料对T梁抗弯性能的影响,最后对不同配合比及不同配筋率下试验梁的破坏模式及破坏形态进行了对比分析。(2)基于材性试验数据,进行数值模拟。与试验数据进行对比分析,验证了试验的可靠性;对试件抗弯荷载试验进行模拟,并进行了参数分析。结果表明,钢纤维掺量对混凝土受拉强度的影响较大;UHPC基材组分的变化对构件的受弯性能影响不大,而钢纤维的掺入对T型梁的破坏形式影响较大;T型梁的上升段抗弯刚度及抗弯强度随着高强钢筋的配筋率的增加而增大;在纵筋数量不变的情况下对钢筋直径的改变对UHPC的弯曲开裂荷载影响不大。(3)简要介绍了多体动力学理论及轨道不平顺原理,参考动车车体参数建立了车辆多体系统,并定义了轨道不平顺。基于UHPC-T型梁数值模拟建模策略,参考某铁路单线32m T型简支梁桥结构参数,建立了T型梁有限元模型,并进行模态分析。建立钢轨有限元模型,于多体动力学软件中生成弹性轨道,并基于T型梁有限元模型建立了车-轨-桥耦合系统。(4)车-轨-桥耦合模型分别进行了列车时速为200km/h,250km/h,300km/h,350km/h四种工况下的仿真计算,汇总模型的动力响应数据,并进行对比分析。结果表明,随列车时速提高,桥梁跨中节点竖向动力响应峰值逐渐减小。而横向动力响应峰值逐渐增大,且在特定时速会出现共振现象。本文计算的桥梁结构动力响应均符合国家标准规定的限值。
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