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钢桥面板疲劳开裂和桥面铺装损坏是长期困扰正交异性钢桥面板发展的主要制约因素。引入超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,UHPC)与工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC),通过剪力连接件与大纵肋正交异性钢桥面板组成新型大纵肋正交异性钢—高性能混凝土组合桥面板,是从结构体系层面解决上述问题的有效途径之一。确定结构的疲劳破坏模式和疲劳控制细节,明确结构力学性能的劣化过程,揭示结构局部力学性能劣化与结构疲劳性能间的关系,阐明结构疲劳损伤的演化过程,是研究该类新型组合桥面板疲劳失效机理的基础和关键。通过模型试验与理论分析对大纵肋正交异性钢—高性能混凝土组合桥面的疲劳失效机理进行了系统深入的研究,开展和完成了如下工作:(1)UHPC与ECC中短栓钉的抗剪力学性能通过8个短栓钉推出模型试验与非线性有限元数值分析,对UHPC与ECC中短栓钉的抗剪力学行为进行了研究。基于弹性地基梁理论,通过引入高性能混凝土反力系数,推导了具有明确物理意义的短栓钉荷载-滑移曲线解析表达式。通过参数化非线性有限元分析,系统研究了短栓钉长径比、ECC抗压强度与焊环几何尺寸对短栓钉抗剪承载力的影响。基于参数化有限元数值分析结果,建立了ECC中短栓钉的抗剪承载力计算式,该计算式考虑了栓钉长径比对短栓钉抗剪承载力的影响。(2)ECC中短栓钉的疲劳性能在静力分析的基础上,进行了6个短栓钉的疲劳推出试验研究。基于试验数据,建立了ECC中短栓钉的疲劳强度设计曲线。引入残余滑移与相对抗剪刚度作为损伤变量,基于残余滑移与相对抗剪刚度随加载作用次数的演化规律,建立了ECC中短栓钉的疲劳劣化理论模型。基于断裂力学理论,对ECC中短栓钉的疲劳开裂展开了裂纹扩展数值模拟,探明了短栓钉疲劳裂纹的扩展规律与扩展特性。(3)大纵肋正交异性钢—高性能混凝土组合桥面板的疲劳劣化机理通过2组共4个节段模型试验对两类大纵肋正交异性钢—高性能混凝土组合桥面板横桥向和纵桥向两个维度的疲劳失效机理进行了系统的试验与理论研究。基于结构多尺度疲劳模型试验,明确了结构的疲劳破坏模式、关键受力构件和疲劳控制细节,阐明了关键受力构件力学性能劣化对结构局部力学性能的影响。在此基础上,结合有限元数值分析量化了关键受力构件力学性能退化对疲劳易损细节损伤演化过程的影响,揭示了组合桥面板的疲劳劣化机理。(4)基于钢—混组合效应劣化的组合桥面板时变疲劳分析及评估方法将栓钉疲劳劣化理论模型与非线性有限元数值分析方法相结合,建立了可考虑钢—混组合效应劣化的时变疲劳分析方法,并采用既有试验数据验证了该方法的可行性与准确性。在此基础上,采用所建立的时变疲劳分析方法对典型构造的大纵肋正交异性钢—高性能混凝土组合桥面板的疲劳性能展开研究,量化了钢—混组合效应劣化对结构疲劳性能的影响。最后,通过引入损伤放大系数,建立了组合桥面板疲劳性能的简化评估方法。