【摘 要】
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钢-混凝土组合结构因能发挥两种材料的优势而得到日益广泛的应用,超高性能混凝土（UHPC）作为一种具有超高强度、超高韧性和高耐久性的水泥基复合材料,在桥梁工程中的研究与应用备受重视。本文将UHPC与钢格栅组合,提出一种新型组合桥面板,并通过有限元数值模拟和理论分析的方法对其抗弯性能展开研究,主要工作和研究成果如下:（1）钢格栅-UHPC组合桥面板的设计构造研究提出了一种新型组合桥面板:钢格栅-UHP
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“钢格栅-UHPC 组合桥面板承载机理及设计理论研究”；
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钢-混凝土组合结构因能发挥两种材料的优势而得到日益广泛的应用,超高性能混凝土（UHPC）作为一种具有超高强度、超高韧性和高耐久性的水泥基复合材料,在桥梁工程中的研究与应用备受重视。本文将UHPC与钢格栅组合,提出一种新型组合桥面板,并通过有限元数值模拟和理论分析的方法对其抗弯性能展开研究,主要工作和研究成果如下:（1）钢格栅-UHPC组合桥面板的设计构造研究提出了一种新型组合桥面板:钢格栅-UHPC组合桥面板。该形式桥面板由超高性能混凝土和钢格栅构件、充当施工模板的波形钢板,以及钢筋网和铺筑在UHPC上的磨耗层组成;并针对桥梁工程中常见的多主梁钢板组合梁桥和大横梁组合梁桥桥型,提出了该新型组合桥面板应用于这两种桥型上的设计构造和施工方案。（2）钢格栅-UHPC组合桥面板的弯曲性能研究通过对多主梁钢-UHPC组合简支板梁桥和大横梁钢-UHPC组合简支板梁桥进行ANSYS有限元模拟,并结合应力影响线,分别研究了丄形钢垂直于行车方向和丄型钢平行于行车方向这两种布置形式的组合桥面板在恒载和车辆活载作用下的最不利荷载效应,以及车轮荷载应力影响范围。结果表明:（a）对于丄型钢垂直于行车方向的组合桥面板,横向作用于两相邻主梁之外的荷载对该两主梁间跨中桥面板各最不利关注点的纵、横桥向应力几乎无影响;主梁相邻两跨以外的荷载对该主梁正上方桥面板处的纵、横桥向应力几乎无影响;纵向距丄形板肋超过6倍板肋间距的荷载对其纵、横桥向应力的贡献可忽略;（b）对于丄型钢平行于行车方向的组合桥面板,仅荷载作用在主梁间（主梁外侧）桥面板上时,其上各关注点会产生明显的纵、横桥向应力;（c）主梁间桥面板横向距丄形板肋超过6倍板肋间距的荷载对其纵、横桥向应力的贡献可忽略,纵向作用于两相邻横梁以外的荷载对该两横梁间跨中桥面板各关注点的纵、横桥向应力几乎无贡献,横梁相邻两跨以外的荷载对该横梁正上方桥面板的纵、横桥向应力几乎无影响。（3）钢格栅-UHPC组合桥面板简化计算方法研究针对丄形钢垂直于行车方向的组合桥面板,采用有限元数值计算的方法,研究了桥梁跨径为15-30 m,丄形钢间距为300-500 mm,主梁间桥面板跨径2-4 m,悬臂板跨径1.0-2.0 m等算例的结构内力分布;针对丄形钢平行于行车方向的组合桥面板,研究了桥梁跨径为17.5-31.5 m,丄形钢间距为300-500 mm,桥面板跨径3.5-4.5 m等算例的结构内力分布;并基于荷载扩散角的思想,提出了适用于钢格栅-UHPC组合桥面板内力简化计算的荷载分布宽度法。并通过数值计算,得出了决定荷载分布宽度的扩散角。基于塑性理论,建立了组合桥面板正截面抗弯承载能力简化计算公式,其计算结果与有限元结果误差在10%以内,可为该结构的工程设计提供参考。（4）钢格栅-UHPC组合桥面板抗弯承载能力及参数分析对钢格栅-UHPC组合桥面板进行了ANSYS非线性有限元模拟,通过对钢格栅-UHPC组合桥面板与普通钢筋混凝土桥面板、波形钢板-混凝土组合桥面板的力学性能进行对比分析,并探讨了混凝土强度、混凝土面板厚度、钢材强度、型钢型号等参数对组合桥面板弯曲性能的影响,得出两点结论:（a）新型组合桥面板能够进一步降低桥面板的自重,提高桥面板抗弯承载能力和结构刚度;（b）提高混凝土的强度等级、增大混凝土面板厚度、提高钢材强度等级、加大型钢尺寸均能有效提升桥面板的弯曲性能,且加大型钢尺寸对提高桥面板的刚度和抗弯承载能力的效果最为显著。
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