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聚氨酯水泥—钢绞线粘结滑移性能及空心板梁加固试验研究

聚氨酯水泥—钢绞线粘结滑移性能及空心板梁加固试验研究

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作者：周天成山东交通学院

学位级别：硕士

聚氨酯水泥复合材料因其质量轻、强度高、耐腐耐久性好等材料特性,以及良好的流动性、快速的凝结时间等施工优势,现已作为一种新型复合材料在桥梁加固领域备受关注,通常与各类体外预应力筋组合进行老旧桥梁底的加固。然而现有研究中,多... 详细信息

聚氨酯水泥复合材料因其质量轻、强度高、耐腐耐久性好等材料特性,以及良好的流动性、快速的凝结时间等施工优势,现已作为一种新型复合材料在桥梁加固领域备受关注,通常与各类体外预应力筋组合进行老旧桥梁底的加固。然而现有研究中,多局限于单一配合比的聚氨酯水泥组合钢丝绳等钢筋进行旧桥加固,从结构整体的分析角度评价加固性能,而对聚氨酯水泥材料配合比设计选取、加固层聚氨酯水泥与体外钢筋的粘结-滑移性能等缺乏研究。本文依托山东省交通运输厅科技计划项目“基于钢绞线-聚氨酯的旧桥加固复合增韧材料与结构的研发与应用(2022B04)”,制备了不同配合比的聚氨酯水泥复合材料,通过力学性能试验选取了最优配比,分析了确定配比下聚氨酯水泥-钢绞线的粘结滑移性能,并对设计的空心板梁进行了加固后的抗弯试验研究,结合有限元数值模拟,探究验证了聚氨酯水泥-钢绞线对空心板梁的加固效果。具体研究内容包括:(1)从聚氨酯水泥的材料性能出发,介绍了反应原理与制备过程,通过抗折与抗压试验、轴向拉伸试验、界面劈裂试验,分析了不同水泥、聚氨酯掺量对聚氨酯水泥复合材料的抗折与抗压强度、轴拉强度、及与混凝土界面劈裂强度的影响,确定了灰聚比为1:2.04的最优配合比,以此指导了聚氨酯水泥-钢绞线的粘结滑移试验及对空心板梁加固的抗弯试验。(2)基于立方体的中心拉拔试验开展了钢绞线在聚氨酯水泥中的粘结滑移性能研究,揭示了粘结滑移曲线分布规律与破坏模式,分析了粘结长度、保护层厚度两大主要因素对整体粘结性能及临界、突变、峰值三大特征粘结强度的影响,提出了聚氨酯水泥与钢绞线粘结强度的拟合计算公式并给出了粘结滑移本构建议模型。(3)针对聚氨酯水泥-钢绞线加固空心板梁,设计并进行了2根加固梁与1根普通梁的抗弯性能研究,描述了抗弯荷载下梁的破坏形态,着重分析了裂缝、挠度、应变等结构参数在抗弯荷载下的发展变化规律,对比总结了聚氨酯水泥与不同数量钢绞线对空心板梁的加固效果,比较了理论计算与试验结果,偏差均小于8.5%,并结合有限元数值模拟,验证了抗弯试验与粘结滑移试验的准确性。本文的研究为空心板梁加固领域提供了一种有效可靠、高效便捷的加固方式,为该加固方式下的钢绞线数量布设、结构设计计算、承载能力分析等工程应用提供了指导意见。这对提高桥梁的行车质量、推广聚氨酯水泥为基体的新型加固材料面向整个桥梁加固领域具有重要的现实意义。

关键词：聚氨酯水泥配合比粘结-滑移空心板梁加固抗弯承载力

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钢丝绳聚氨酯水泥复合材料加固空心板梁试验研究

钢丝绳聚氨酯水泥复合材料加固空心板梁试验研究

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作者：刘广波山东交通学院

学位级别：硕士

在我国高等级公路中服役着大量空心板梁桥。伴随着交通量的不断增加,车辆载重的提升,部分老旧空心板梁桥已不能满足正常使用的要求,存在梁底混凝土开裂、泛白、钢筋锈蚀等病害,其承载能力达不到设计要求,带来了极大的安全隐患。聚氨酯... 详细信息

在我国高等级公路中服役着大量空心板梁桥。伴随着交通量的不断增加,车辆载重的提升,部分老旧空心板梁桥已不能满足正常使用的要求,存在梁底混凝土开裂、泛白、钢筋锈蚀等病害,其承载能力达不到设计要求,带来了极大的安全隐患。聚氨酯水泥复合材料作为一种新型的桥梁加固材料,具备密度小强度大、耐腐蚀、粘结性强、硬化速度快等突出优点。本文依托山东省交通运输厅科技计划(2017B97)与山东省重点研发计划(2019GGX102041),开展了室内材料试验、结构模型试验与理论研究,对纤维增强聚氨酯水泥复合材料的力学性能与钢丝绳聚氨酯水泥复合材料加固空心板梁的承载特性进行了研究。1.为增强聚氨酯水泥复合材料的力学强度,进一步提升该材料的变形能力。采用碳纤维、PVA纤维与钢纤维增强复合材料力学性能,通过三点试验测试了各纤维不同体积掺比下试件的抗弯强度。分析表明:三种纤维均可以提升聚氨酯水泥复合材料的抗弯性能,碳纤维、PVA纤维最佳掺比范围分别为0.04%-0.05%、0.2%-0.3%,钢纤维最佳掺比为1%,该掺比下材料的强度、延性均有较大提高。2.通过4片试验板梁,对其中1片梁不加固作为试验对比梁,2片梁分别运用7根、11根钢丝绳与聚氨酯水泥复合材料加固,1片梁破坏后再运用7根钢丝绳与聚氨酯水泥复合材料加固。通过荷载破坏试验,得到了每片空心板梁的破坏形态,裂缝开展规律,加固层与梁体剥离状况。通过分析试验梁抗弯刚度、延性以及挠度得出了不同加固方式及试验梁不同损伤程度的承载性能差异。通过分析试验梁沿梁高的应变,各梁均符合平截面假定,加固梁的整体受力性能较好。3.通过对加固梁破坏模式的总结,建立了钢丝绳聚氨酯水泥复合材料加固空心板梁的计算简图,从而推导了该方式加固梁体的抗弯承载能力计算公式。能够应用该公式对加固梁承载能力进行评估。为钢丝绳聚氨酯水泥复合材料加固空心板梁奠定理论与试验基础。

关键词：钢丝绳聚氨酯水泥复合材料空心板梁加固抗弯性能破坏模式承载力评价

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