关键词:
桥梁伸缩缝
移动车辆荷载
动力学特性
疲劳寿命
纳米SiO2
快速修复
摘要:
桥梁伸缩缝作为桥梁上部结构的组成部分,是保证桥梁结构在内外环境作用下能自由伸缩的重要构件。然而桥梁伸缩缝长期暴露在自然环境中且直接承受车辆荷载的反复碾压和冲击作用,极易发生结构破坏,尤其是高速公路桥梁伸缩缝。所以,针对高速公路桥梁伸缩缝结构特点,研究其在移动车辆荷载作用下的受力特性和疲劳寿命,以及其破坏后的快速修复技术具有重要工程理论指导和应用意义。本文首先基于ABAQUS有限元分析软件,以高速公路桥梁伸缩缝(GQF-E80型)为主要研究对象,研究了高速公路桥梁伸缩缝在不同工况移动车辆荷载作用下的受力特性和疲劳寿命变化规律;然后,针对锚固区混凝土动力响应较大和疲劳寿命较低的特点,研发了一种基于纳米SiO增强的CRM混凝土材料作为桥梁伸缩缝锚固区混凝土快速修复材料;最后,基于新型桥梁伸缩缝快速修复材料,结合桥梁伸缩缝快速修复施工应用工程案例,提出了一套高速公路桥梁伸缩缝快速修复施工技术。主要研究内容及结论如下:(1)基于对连霍高速郑州段桥梁伸缩缝的常见结构和破坏形式实地调研,并结合文献资料,对高速公路桥梁伸缩缝常见结构形式、破坏形式及成因进行系统研究与总结,为桥梁伸缩缝受力特性和疲劳寿命分析提供基础材料。(2)基于ABAQUS有限元分析软件建立桥梁伸缩缝有限元模型,并结合结构动力学理论分析方法,从不同车速、不同超载比例以及不同锚固区混凝土强度三个方面,研究了桥梁伸缩缝在不同工况下的受力特性,结果表明:随着车速的不断提高,桥梁伸缩缝E型边梁的最大应力、最大竖向位移及锚固区混凝土最大主拉应力均随之增大;车辆超载比例的增加,使桥梁伸缩缝E型边梁的最大应力、最大竖向位移以及锚固区混凝土最大主拉应力呈线性增长;锚固区混凝土强度的提高,可在一定程度上减小桥梁伸缩缝在移动车辆荷载作用下的动力响应,且锚固区混凝土动力响应减小效果较为明显。(3)基于桥梁伸缩缝不同工况下的受力特性,结合疲劳寿命估算理论,提出了桥梁伸缩缝疲劳寿命估算的计算方法,并揭示了速度、超载比例、锚固区混凝土强度变化对桥梁伸缩缝疲劳寿命的影响规律,结果表明:随着车辆行驶速度的增大,桥梁伸缩缝疲劳寿命随之降低;车辆超载将严重降低桥梁伸缩缝疲劳寿命,车辆超载比例达到40%时,E型边梁和锚固区混凝土均不能满足设计要求,将会发生过早疲劳破坏;锚固区混凝土强度的提高可延长桥梁伸缩缝疲劳寿命,且锚固区混凝土疲劳寿命提高较为显著。(4)通过基本力学性能试验和抗冲击试验研究了新型桥梁伸缩缝快速修复材料中纳米SiO的最佳掺量以及纳米SiO在新型桥梁伸缩缝快速修复材料中的增强效果,同时通过扫描电镜试验对其增强机理进行分析,结果表明:纳米SiO材料在一定掺量范围内可以提高伸缩缝快速修复材料的抗压、抗折强度以及抗冲击性能,尤其是早期强度;同时,经过试验研究发现,纳米SiO在新型桥梁伸缩缝快速修复材料中的掺量比例达到1.5%效果最佳,该掺量下的新型桥梁伸缩缝快速修复材料各项性能满足桥梁伸缩缝快速修复施工的要求。(5)基于新型桥梁伸缩缝快速修复材料,结合试验路段的桥梁伸缩缝快速修复实际施工应用工程案例,提出桥梁伸缩缝快速修复施工技术,实现了桥梁伸缩缝的快速修复在12h之内开放交通,研究成果具有一定的推广应用价值。