课题基金 / 基金详情

采用冷连接的钢-UHPFRC组合桥面板受力性能与设计方法

批准号:
52078044
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
段兰
依托单位:
学科分类:
结构工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
段兰

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
为了解决钢桥面板疲劳开裂与铺装层耐久性不足的工程难题,合理延长钢桥面板疲劳使用寿命,本项目采用自主研发的新型波折板剪力件,将超高性能纤维混凝土(UHPFRC)与钢盖板进行冷连接组合设计,形成钢-UHPFRC组合桥面板,从而提高钢桥面板局部刚度、降低钢桥面板细节疲劳应力、减少制造过程引入的焊接疲劳细节、改善钢桥铺装层工作条件。通过静力及疲劳试验、数值断裂力学模拟、理论分析和工程应用相结合的研究方法,开展钢-UHPFRC组合桥面板静力与疲劳性能研究,基于非接触式数字图像技术进行冷连接组合界面受力全过程监测,探究冷连接组合界面的短期、长期受力性能及退化机理,研究波折板剪力连接件传力机制,提出钢-UHPFRC组合桥面板静力与疲劳性能评价指标,构建钢-UHPFRC组合桥面板设计准则。本项目研究成果可为钢桥面板的长寿命设计与建造提供技术支撑,对修编有关规范也可提供参考。
英文摘要
To solve typical engineering problems of steel bridge deck fatigue cracking and durability problem of pavement above, to rationally extend service life of steel bridge deck, UHPFRC is proposed to be composited with top plate of steel bridge deck by self-developed cold connecting corrugated plate shear connector to form steel and UHPFRC composited bridge deck. Thus, it can be achieved enhancing local stiffness, reducing fatigue stress of steel bridge deck, decreasing welding fatigue detail in fabrication and improving pavement work conditions. Static and fatigue test study, numerical fracture mechanics finite element analysis, theoretical analysis and engineering application are used for static and fatigue behavior study of steel and UHPFRC composited bridge deck. Non-contact digital image technology will be used for monitoring full-process of cold composite interface, and the short-term and long-term performance and degeneration mechanism of cold composite interface will be studied. The load transferring mechanism of corrugated steel plate shear connector are studied. The static and fatigue performance assessment index will be proposed, and the design rules will be built for steel – UHPFRC composite bridge deck. Study in this project provides technical support for long life steel bridge deck design and construction, and also provides reference for revision of relative specifications.
针对钢桥面板疲劳开裂和铺装易损坏的科学与工程难题,项目采用自主研发的新型波折板剪力件、“工程平民化”超高性能水泥基复合材料(UHPFRC),提出了增韧胶层界面、冷连接波折板剪力键界面、冷热混合连接界面共3种冷连接UHPFRC组合钢桥面板的技术方案。通过物理试验、数值断裂力学模拟、理论分析和工程应用相结合的研究方法,对UHPFRC组合钢桥面板的界面传力机理、界面损伤累积与退化机理、设计准则与计算方法进行了系统研究。主要研究结论包括:(1)通过开展3种界面形式的组合钢桥面板模型物理试验与数值分析,结合数字图像监测技术(DIC)、声发射技术(AE)所捕捉的冷连接界面相对滑移发展全过程,提出了组合界面的相对滑移与分离计算方法,将组合界面的受力过程划分为3个阶段,分析了组合界面各阶段的受力特征,提出了界面首次剥离临界荷载设计控制指标。(2)利用试验中DIC、AE所捕捉冷连接组合界面损伤发展数据库,构建内聚力混合损伤模型参数与有限元模型相对滑移值之间的响应面,构建基于数字图像相关技术的全场相对滑移数据的目标函数,采用遗传算法作为系统的优化算法,优化组合界面传力与损伤演化过程的参数配置,获得界面内聚力混合损伤模型最优解,实现了反映界面间复杂力学行为的内聚力混合损伤模型的高效反演计算。(3)利用内聚力混合损伤模型,编制了冷连接组合界面损伤累积分析计算子程序,分析了冷连接组合界面、波折板剪力连接件、UHPFRC受力层的长期受力性能,揭示了3种典型组合界面的损伤累积与退化机理。(4)将反演得到的内聚力模型应用于跨尺度模型计算分析,基于断裂力学理论与扩展有限元方法,计算了组合钢桥面板在结构恒载、焊接残余应力与疲劳荷载共同作用下的抗疲劳性能,提出了稳定、耐久的UHPFRC组合钢桥面板设计准则。本项目研究成果可为钢桥面板的长寿命设计与建造提供技术支撑,对修编有关规范也可提供参考。
高强度钢梁抗剪性能试验研究
  • 批准号:
    51408056
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    段兰
  • 依托单位:
国内基金
海外基金