高强抗裂性弹性混凝土复合材料在公路桥梁桥面连续结构中的应用技术研究

发布时间：2019-08-17 19:33

【摘要】：公路桥梁伸缩缝是桥梁结构中最薄弱的构件之一。由于其直接承受车轮荷载、混凝土收缩徐变、温度变化、大气和雨水污染等外界不利因素的作用,桥梁伸缩缝很容易遭受破坏,导致漏水、腐蚀和桥头跳车等现象。这不仅影响桥梁结构的使用寿命和路面美观,还影响人们出行的舒适性和安全性。因此,如何有效切实提高桥梁伸缩缝的使用寿命或采用无伸缩缝桥面连续结构是从事桥梁科研、设计和养护管理科学工作者面临的重要研究课题之一。本文以著者自主研发的高强抗裂性弹性混凝土复合材料和应力吸收层结构为载体,提出无伸缩缝桥面连续结构体系。无缝桥面连续结构的重点在于相邻两跨处的连接方式和连接材料、结构的性能。本文针对无缝桥面的受力特点,通过材料试验研发了适用于无伸缩缝桥面连续结构的高强抗裂性弹性混凝土复合材料以及应力吸收层结构,得到两种材料的最佳配合比,利用数理统计科学手段归纳出新材料和结构的强度、弹性模量以及应力-应变关系等力学特性。文章阐述了桥面连续结构体系的设计方法,根据规范推导了桥梁伸缩装置伸缩量的计算公式,对高强抗裂性弹性混凝土内部的受力和负弯矩大小进行了探讨,总结出了高强抗裂性弹性混凝土的长度公式。通过荷载试验验证了本论文提出的无伸缩缝桥面连续结构体系在温度荷载作用下的受力与变形特性。除此之外,本文根据标准图纸,用高强抗裂性弹性混凝土复合材料和应力吸收层取代不同跨径的简支空心板梁桥的伸缩缝,利用有限元软件MIDAS FEA对各种工况进行了数值模拟,分析了多因素影响下桥梁的整体受力以及高强抗裂性弹性混凝土与应力吸收层的受力与变形情况。对比分析各种工况可知:高强抗裂性弹性混凝土和应力吸收层不仅有优异的裂缝控制能力,而且能有效地吸收或消除主梁在温度作用下产生的变形,也能抵御竖直方向车辆荷载的作用,提高了桥梁结构的耐久性;当桥梁跨径一定时,同一荷载工况下主梁跨中的挠度几乎没有发生变化,证明了无伸缩缝桥面连续结构体系对整体结构的连续性没有影响;综合考虑分析结果,最有利的应力吸收层厚度是2cm,长度是桥梁跨径的2.5%,高强抗裂性弹性混凝土复合材料的厚度是5cm。最后,本论文介绍了无缝桥面连续结构在依托工程中的设计过程、施工工艺和施工注意事项等内容,为本研究方案以后在实桥中的应用提供宝贵的经验。
【图文】：

伸缩缝,桥梁伸缩缝,混凝土破坏,梁端

桥梁伸缩缝破坏及引起的损伤示意图

弹性混凝土,抗裂性,抗压强度试验,复合材料

2.3 高强抗裂性弹性混凝土复合材料的力学性能研究2.3.1 抗压强度1.试验仪器设备本试验在黑龙江工程学院土木工程试验室完成，需要的仪器主要是电液伺服压力试验机。本次试验采用的电液伺服万能试验机的最大试验力为 5000kN。2.试验步骤取最佳配合比的高强抗裂性弹性混凝土复合材料试件测抗压强度。抗压强度试验严格按照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）[50]等规范和标准进行试验。步骤如下：（1）将试件表面清洁干净，测量并记录试件的尺寸；（2）将试件居中摆放在万能试验机的下压板上；（3）开启仪器，均匀加载，采用位移加载的方式控制荷载，观察试件的破坏形态和荷载大小，，记录每一步的结果，直至试件破坏。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：U444;U443.31

【参考文献】