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工程力学 2023年

作者：朱经纬辛公锋徐传昶张恒毛一波宋秀豪山东高速集团有限公司创新研究院山东高速工程检测有限公司山东建筑大学交通工程学院济宁市鸿翔公路勘察设计研究院有限公司

为研究钢-超高性能混凝土(uhpc)-普通混凝土(nc)组合梁受弯性能，开展了2根采用不同uhpc-nc界面处理方式的钢-uhpc-nc组合梁和1根对比钢-nc组合梁的受弯试验，研究了试验梁破坏模式、界面滑移、承载能力、变形及应变发展规律。利用有限... 详细信息

为研究钢-超高性能混凝土(uhpc)-普通混凝土(nc)组合梁受弯性能，开展了2根采用不同uhpc-nc界面处理方式的钢-uhpc-nc组合梁和1根对比钢-nc组合梁的受弯试验，研究了试验梁破坏模式、界面滑移、承载能力、变形及应变发展规律。利用有限元程序考虑uhpc-nc界面粘聚力接触关系建立了钢-uhpc-nc组合梁精细化数值模型，分析了uhpc-nc界面配筋率和界面粘结参数对受弯性能的影响。依据试验梁受弯性能与破坏特征，提出了钢-uhpc-nc组合梁uhpc-nc界面抗剪计算分析方法。研究结果表明：弯曲荷载作用下钢-uhpc-nc组合梁各部分协同工作性能良好，最终破坏时展现出显著的塑性弯曲破坏特征，相同截面尺寸下因顶面uhpc层的超高强力学性能，钢-uhpc-nc组合梁的抗弯承载力较钢-nc组合梁更高；uhpc-nc界面采用凿毛糙化和配置充足抗剪钢筋的处理方式能够可靠保证钢-uhpc-nc组合梁的uhpc-nc组合翼板始终协同受力，实现完全组合作用；数值模型计算抗弯性能与试验吻合良好，可用于钢-uhpc-nc组合梁受弯全过程计算分析；采用AASHTO LRFD规范界面参数应用所提uhpc-nc界面抗剪计算方法评估的uhpc-nc界面抗剪结果与试验梁表现基本一致，较为适用于钢-uhpc-nc组合梁uhpc-nc界面抗剪分析。

关键词：钢-uhpc-nc组合梁 uhpc-nc界面抗弯性能界面抗剪能力抗弯承载力

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钢-uhpc-nc组合梁抗剪性能试验研究

钢-UHPC-NC组合梁抗剪性能试验研究

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作者：宋秀豪山东建筑大学

学位级别：硕士

钢-混凝土组合梁桥在使用过程中存在桥面板易开裂、耐久性不足和韧性低等问题,为解决该问题并改善桥面板受力性能,提出了一种新型钢-超高性能混凝土-普通混凝土组合梁（简称钢-uhpc-nc组合梁）。钢-混凝土组合梁抗剪问题是关乎结构安全... 详细信息

钢-混凝土组合梁桥在使用过程中存在桥面板易开裂、耐久性不足和韧性低等问题,为解决该问题并改善桥面板受力性能,提出了一种新型钢-超高性能混凝土-普通混凝土组合梁（简称钢-uhpc-nc组合梁）。钢-混凝土组合梁抗剪问题是关乎结构安全使用性能的关键问题,其抗剪分析是组合梁承载能力极限状态设计的控制性计算内容。作为一种新型组合梁,迄今尚无文献对钢-uhpc-nc组合梁抗剪性能开展研究,该结构抗剪破坏机理尚不明确。为探究钢-uhpc-nc组合梁抗剪性能,进行了钢-uhpc-nc组合梁抗剪破坏性试验,分析了试验梁破坏形态及受剪机理,建立了钢-uhpc-nc组合梁抗剪数值分析模型,基于试验及数值分析结果,提出了钢-uhpc-nc组合梁的极限抗剪承载力计算公式。论文完成的主要工作及成果如下:（1）设计制作了2根采用不同界面处理方式的钢-uhpc-nc组合梁和1根钢-nc组合梁并开展抗剪破坏性试验。获得了试验梁破坏过程和破坏形态,结果表明:各试验梁均发生了显著的腹板剪切屈曲破坏和混凝土翼板剪压破坏;由于翼板组成和界面处理方式不同,使得混凝土翼板破坏过程和破坏形态不同,钢-nc组合梁nc翼板在荷载降至0.81F时出现一条剪压裂缝,未设置连接钢筋的钢-uhpc-nc组合梁在极限荷载时出现剪压裂缝,设置连接钢筋的钢-uhpc-nc组合梁在荷载降至0.98F时出现剪压裂缝,剪压破坏发生在在极限抗剪承载力时或极限抗剪承载力之后。对比两根不同界面处理方式的钢-uhpc-nc组合梁,uhpc-nc界面剥离均发生在极限抗剪承载力之前,不同的是设置界面连接钢筋的钢-uhpc-nc组合梁在连接钢筋拉紧作用下延缓了uhpc-nc界面剥离裂缝的发展。这说明在uhpc-nc界面设置连接钢筋可有效防止界面发生脆性剪切破坏。（2）试验结果表明uhpc-nc界面设置连接钢筋的钢-uhpc-nc组合梁抗剪承载力较钢-nc组合梁提升11.1%;uhpc-nc界面未设置连接钢筋的钢-uhpc-nc组合梁抗剪承载力较钢-nc组合梁抗剪承载力提升不足1%。可知在uhpc-nc界面设置连接钢筋显著了提升钢-uhpc-nc组合梁抗剪承载力。（3）建立钢-uhpc-nc组合梁数值模型,所得剪力-挠度曲线与试验吻合较好。在此基础上,对钢-uhpc-nc组合梁进行uhpc抗压强度、uhpc层厚度、混凝土抗压强度和钢梁腹板高度等参数的变参数分析。结果表明uhpc抗压强度对钢-uhpc-nc组合梁抗剪承载力影响程度较小,而uhpc层厚度、混凝土抗压强度、钢梁腹板高度对钢-uhpc-nc组合梁抗剪承载力影响程度较大。（4）对uhpc抗压强度和uhpc厚度两个参数的数值分析结果进行曲面拟合,提出了适用于带有界面抗剪连接钢筋的钢-uhpc-nc组合梁的抗剪承载力计算公式。对所提钢-uhpc-nc组合梁抗剪承载力计算公式进行验证,结果表明公式计算值与试验结果吻合较好。将试验及数值分析所得钢-uhpc-nc组合梁极限抗剪承载力与现行规范中组合梁抗剪承载力计算值进行对比,结果表明现行规范计算结果趋于保守。

关键词：钢-uhpc-nc组合梁 uhpc-nc界面抗剪承载力有限元分析剪切屈曲

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