【摘 要】
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体外预应力预制节段超高性能混凝土（UHPC）无腹筋桥梁是近些年来发展起来的一种创新性结构,其与常规的预制节段桥梁相比在于应用了UHPC作为材料,并且由于UHPC中存在的钢纤维大大提高了其抗拉性能,可以用UHPC中的钢纤维来代替传统桥梁中的抗剪钢筋,从而使得桥梁结构轻巧,并且构造简单美观,施工速度快。基于上述优点,预制节段UHPC无腹筋梁在我国新时代下桥梁建设中具有广泛的应用前景。抗剪性能是桥梁设计
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体外预应力预制节段超高性能混凝土（UHPC）无腹筋桥梁是近些年来发展起来的一种创新性结构,其与常规的预制节段桥梁相比在于应用了UHPC作为材料,并且由于UHPC中存在的钢纤维大大提高了其抗拉性能,可以用UHPC中的钢纤维来代替传统桥梁中的抗剪钢筋,从而使得桥梁结构轻巧,并且构造简单美观,施工速度快。基于上述优点,预制节段UHPC无腹筋梁在我国新时代下桥梁建设中具有广泛的应用前景。抗剪性能是桥梁设计中需要特别考虑的方面之一,目前,针对节段梁的研究主要关注于在普通钢筋混凝土梁,但是,对于钢纤维取代腹筋后钢纤维对梁抗剪性能的影响的相关研究尚比较缺乏,相关的规范也比较滞后。因此本课题针对体外预应力预制节段UHPC无腹筋桥梁的抗剪性能展开了模型试验研究和有限元模拟研究。本次模型试验一共制作了2根节段式UHPC有腹筋梁、5根节段式UHPC无腹筋梁和1根整体式的UHPC无腹筋梁,以剪跨比（1.5、2.0和2.5）、钢纤维掺量（0%、1.5%和2.0%）、箍筋间距（150 mm和75 mm）作为试验参数。试验采用四点加载的方式,并且在试验中记录试验梁的开裂强度、极限抗剪承载力、有效预应力、箍筋应变、跨中顶部UHPC应变、梁挠度变化等。同时,针对钢纤维对混凝土裂后性能的影响,基于法国规范NF 810-710,对不同钢纤维掺量制作了12根四点加载棱柱体试件和12根三点加载开口棱柱体试件,通过Matlab数值计算软件迭代计算得到应力-裂缝宽度曲线等,分析钢纤维对混凝土裂后残余强度等性能;基于试验结果对试验数据进行分析处理,分析试验参数对梁的抗剪性能的影响,研究了法国规范NF P-470、中国规范GB50010和湖南省地标DB J43/T325-2017中关于梁抗剪承载力的计算公式对于节段式UHPC梁的适用性。对于节段式UHPC梁,采用AASHTO 2003中关于预制节段干接缝的梁抗剪承载力折减系数0.85来修正法国规范NF P-470中关于UHPC梁抗剪承载力的公式可以准确的计算添加钢纤维的节段式UHPC无腹筋梁的抗剪承载力,在未考虑安全系数的情况下,其试验承载力相较于计算承载力的比值为1.04,标准差为0.28。对于中国规范GB50010,其节段式UHPC梁的计算承载力和试验承载力的比值的平均值为1.59,标准差为0.14,而对于湖南地标DB J43/T325-2017来说,其试验承载力和计算承载力的比值的平均值为1.99,标准差为0.32。在试验的基础上,基于ABAQUS 6.14有限元计算软件,进行试验梁的模型建立、边界定义和接触定义等,并且将梁的极限承载力、破坏模式、体外预应力增量等和试验相比较,验证了模型的准确性。在验证过模型的基础上进行试验参数的拓展,主要的拓展参数包括扩展的剪跨比、接缝数量和接缝的位置。研究发现接缝位置越靠近加载点,其接缝越容易张开,并且接缝的张开行为是导致节段式UHPC无腹筋梁刚度和极限承载力降低的主要原因,当接缝远离加载点时,其接缝基本不张开,且其刚度和极限承载力接近于整体式UHPC无腹筋梁;干接缝数量对节段式UHPC梁的破坏模式、梁的刚度和极限承载力的影响只在离加载点最近的干接缝,最近干接缝之后的接缝数量的对节段式UHPC无腹筋梁的刚度和极限承载力没有明显的影响。
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