新型钢-UHPC组合桥面板抗弯承载力模型试验与理论分析方法

为综合解决正交异性钢桥面板疲劳开裂和桥面铺装易损两大难题,提出一种由波形顶板、超高性能混凝土(ultra-high-performance concrete,UHPC)结构层和改进螺旋线(modified clothoide,MCL)形组合销所构成的新型波形顶板-UHPC组合桥面结构。设计2类共12个足尺模型,对所提出的新型波形组合桥面板在正、负弯矩作用下的抗弯性能开展试验研究。在此基础上,基于材料本构关系和内力平衡方程,建立新型波形组合桥面板的初始开裂弯矩、名义开裂弯矩和抗弯极限承载力的理论分析方法,通过模型试验对理论分析方法的适用性进行验证。结果表明:在正、负弯矩作用下,结构的破坏形式均为弯曲破坏并表现出良好的延性特征;消除钢-UHPC界面摩擦将劣化结构在正、负弯矩作用下的抗弯性能,抗弯极限承载力降低幅值分别为4.3%和4.2%,纵向配筋率是负弯矩作用下结构抗弯性能的另一个关键影响因素,抗弯极限承载力降低幅值为7.6%;所建立的理论分析方法物理含义明确,理论分析结果与试验结果吻合较好,可为新型波形顶板-UHPC组合桥面板的结构设计和抗弯承载能力分析提供理论依据。

UHPC中MCL形组合销的抗剪性能

改进螺旋线(Modified Clothoide,MCL)形组合销是抗剪性能优异的一类新型剪力连接件,在组合结构桥梁中具有广阔的应用前景。为探究MCL形组合销在超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)中的抗剪性能,依据新型波形组合桥面板结构中MCL形组合销的纵向和横向受力特征,设计并开展了纵向和横向2类推出试验;建立了考虑材料与界面接触等非线性因素的2类推出试验有限元模型,基于试验结果验证了有限元模型的适用性;采用有限元模型开展了结构的全过程受力分析,阐明了2类推出试验的荷载传递历程与破坏机理;依据受力特征和破坏模式,推导了适用于钢销失效破坏模式的MCL形组合销纵向极限抗剪承载力计算式;通过现有公式对比,确定了适用于UHPC压溃破坏模式的MCL形组合销横向极限抗剪承载力计算式。结果表明:UHPC中MCL形组合销的纵向和横向抗剪性能差异显著,纵向抗剪性能表现出良好的延性特性,而横向抗剪性能表现出较高的抗剪刚度和抗剪承载力;主要力学指标的有限元计算值与试验结果符合较好,验证了有限元模型的适用性;MCL形组合销的纵向破坏模式主要表现为钢销产生较大的塑性变形,其根部截面进入屈服状态,而横向破坏模式主要表现为钢销下侧UHPC压溃;纵向和横向极限抗剪承载力计算值与试验值之比的均值分别为1.18,1.06,标准差分别为0.13,0.01,计算值与试验值吻合良好。