节段拼装PU-RC组合箱梁整体桥试设计研究

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节段拼装PU-RC组合箱梁整体桥是一种自重轻、施工方便、耐久性好、少维护的装配式、新材料、高性能桥梁结构。该桥采用预应力将预制U型UHPC节段预压成一整体槽型梁(PU梁),吊装到墩、台上形成PU简支梁,而后现浇钢筋混凝土桥面板(RC)形成PU-RC组合箱梁简支梁,最后现浇桥台背墙、张拉第二批预应力,将PU-RC组合箱梁与桥台连成整体,成为整体桥。这种桥梁为在我国应用推广这种桥型,有必要开展应用基础研究。为此,本文开展该桥型的试设计,应用不同规范进行设计计算。在此基础上,抓住这种桥型中节段缝的直剪受力这一关键,开展模型试验研究,提出抗剪承载力计算方法,为工程应用打下基础。主要内容和结论如下:(1)以一座拟建UHPC箱梁桥为背景进行试设计,温度变化对整体式桥台桥梁主梁轴力的影响较大,而对跨中弯矩的影响较小;而在地震荷载作用下,整体式桥台对跨中弯矩、梁端弯矩和主梁轴力均有较明显的影响。节段缝会增加在整体温度作用下的跨中弯矩、梁端弯矩、跨中竖向挠度和主梁轴力。连续的RC顶板提高节段拼装PU-RC组合箱梁的整体性和刚度,降低主梁跨中弯矩和梁端弯矩。(2)开展了5根预应力节段拼装试件的节段缝抗剪试验,对于PU-RC试件,试件K21极限荷载和竖向位移分别是试件K01的2.95倍和2.71倍,节段缝腹板上布设双剪力键,其开裂荷载、极限荷载和延性均比腹板为平直缝高,UHPC剪力键对PURC试件节段缝抗剪承载力的贡献非常显著。RC顶板可以提高试件的开裂荷载和极限荷载,但剪力键抗剪贡献要大于RC顶板的贡献。对于PU-RC试件,RC顶板先出现裂缝,随后节段缝处UHPC腹板裂缝从上部剪力键的底部萌生,沿支座至加载点连线的方向先向下再向上发展,最后裂缝基本呈45°向加载点延伸;破坏时,RC顶板被压裂,顶板和UHPC裂缝贯穿。(3)建立ANSYS有限元模型进行模拟,有限元计算值与试验值在加载初期有较为明显的差别,加载后期,有限元计算值与试验值较为吻合,且趋势趋向一致,该有限元模型能较好地模拟试件节段缝的抗剪承载力。对于单键干接缝,美国AASHTO规范建议公式的计算值与试验值最为接近,可用于估算单键干接缝抗剪承载力,对于UHPC多键干接缝,现有计算方法普遍低估了UHPC接缝的抗剪承载力。(4)结合试验值、有限元分析结果和相关计算方法,给出抗剪键的修正系数,并提出了PU-RC组合箱梁节段缝抗剪承载力计算公式,具有较高的计算精度和适用性。
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