加劲钢板-活性粉末混凝土（RPC）组合桥面板受力机理与疲劳寿命研究

Deck structre of highway steel bridge directly supporting the wheel load on bridge, which is one of the most vuluneralbe parts in bridge structure，mainly in the steel deck plate cracking and pavement damge. This project proposes a stiffening steel plate-reactive powder concrete (RPC) composite deck with steel pipe shear connectors,as the RPC laced with steel fiber, the high strength, high toughness, low porosity characteristics of RPC are given full pay, under the condition of weight does not increase or less increase, the risk of deck fatigue cracking and pavement damage are reduced. Steel pipe shear connector section is small and the side wall is thin, applicable to the ultrathin concrete layer (5cm or so)connection, overcome the shortcomings of traditional concrete shear connectors in ultrathin layers. The experimental test, numerical simulation and theoretical analysis combination method is adopted in the project, reveal the new type of composite deck stress mechanism and failure modes and the mechanical properties of bridge deck pavement under static load and cyclic loading. Optimizated the composite bridge deck stucture, proposed design and calculation method of flexural capacity, shear strength and fatigue life for steel pipe shear connectors. Combined with specimen produced, research on construction technology and maintenance methods of new type composite deck, and analysis the life cycle cost. The research results will provide reference for the design of composite deck bridge.

公路钢桥的桥面结构直接承受车轮荷载作用，是桥梁结构中最易损的部位之一，主要表现在钢桥面板开裂和钢桥面铺装破坏。本项目提出一种采用钢管剪力键连接的加劲钢板-活性粉末混凝土（RPC）组合桥面板，RPC内掺有钢纤维，充分发挥RPC的高强度、高韧性、低孔隙率等特性，在自重不增加或增加较少情况下，降低了钢桥面板疲劳开裂和铺装层损坏的风险。钢管剪力键断面小、侧壁薄，适用于与超薄混凝土层（5cm左右）连接，克服了传统剪力键应用在超薄混凝土层中的不足。本项目通过试验测试、数值模拟与理论分析相结合的方法，揭示在静力荷载和反复荷载作用下新型组合桥面板的受力机理与破坏模式以及桥面铺装的受力性能。优化组合桥面板的结构形式，提出组合桥面板的抗剪承载力、抗弯承载力和疲劳寿命的设计计算方法。结合试件制作对新型组合桥面板的施工工艺和维修方法进行研究，并进行全寿命成本分析。研究成果将为采用该类组合桥面板的桥梁设计提供参考。

公路钢桥的桥面结构直接承受车轮荷载作用，是桥梁结构中最易损的部位之一，主要表现在钢桥面板开裂和钢桥面铺装破坏。钢-活性粉末混凝土（RPC）或超高性能混凝土（UHPC）组合桥面板可充分发挥UHPC的高强度、高韧性、低孔隙率等特性，在自重不增加或增加较少情况下，降低了钢桥面板疲劳开裂和铺装层损坏的风险。本项目首先采用推出试验与有限元分析相结合的方法，研究了钢-UHPC组合桥面结构中的平钢板连接件、槽钢连接件、开口钢环连接件和短栓钉连接件的受力机理、破坏模式和抗剪承载力，短栓钉试件考虑了不同栓钉长度和直径的变化。进一步利用经试验验证的有限元方法揭示了钢-UHPC组合桥面结构中几种连接件的受力机理和计算方法。考虑不同参数变化设计UHPC板和钢纤维混凝土（SFRC）板对比试件，进行了四点弯曲试验，研究了钢纤维掺量、配筋率及板厚等因素对UHPC板弯曲性能的影响。进行混凝土层厚60mm的钢-UHPC组合板、混凝土层厚75mm的钢-SFRC组合板的弯拉试验，分析其破坏机理和抗弯承载力；进一步对T肋加劲的钢-UHPC组合桥面板正、负弯矩区分别进行四点和悬臂加载，基于经试验验证的数值模拟方法进行钢-UHPC组合板正负弯矩区的抗弯承载力理论分析，得到钢-UHPC组合板的抗弯承载力计算公式。在UHPC板界面连接处开发钢纤维连续方法，通过拉伸试验分析不同钢纤维直径、长度和掺量对界面拉伸承载力的影响，优选界面钢纤维连续形式，通过桥面板抗弯试验，揭示纤维连续方法的UHPC板界面受力机理。探讨正交异性钢桥面板疲劳寿命分析方法，以七个子系统理论分析钢桥面板的静力与疲劳受力机理，研究带UHPC层的正交异性组合桥面板的疲劳寿命，结合断裂力学方法揭示UHPC桥面板的疲劳性能和疲劳寿命。本项目研究成果可促进钢-UHPC组合桥面板在钢箱梁中应用，并为其设计提供理论支持，从而使钢桥结构设计合理、经济。