本文是一篇土木工程论文，本文研究不同粘结方式下预制UHPC永久模板钢筋混凝土叠合梁抗弯性能，通过设计不同粘结方式的试验梁并进行试验，通过抗弯试验研究肋、螺栓对新型叠合梁抗弯性能的影响，最后，利用ABAQUS对该模型进行了建模、计算、分析，得出了仿真的结论。在仿真的基础上，荷载-挠度曲线，跨中钢筋的荷载-应变曲线，断裂应力云图进行了检验，并对其开裂、屈服、极限荷载和相应的位移变形进行了评价。
第1章绪论
1.1研究的背景和意义
梁最基本的性能指标其中一个重要的组成部分是抗弯性能，所以在设计试验时，考虑其抗弯性能是十分的重要的。钢筋混凝土梁的力学性能即抗拉强度偏低，容易产生裂缝，水分的进入使其中的钢筋容易发生锈蚀，所以整体的结构耐久性能往往不够强。特别是桥梁往往在水路之上，湿度往往很高，更加剧了这一现象的产生，在沿海地区，这一现象更加的严重，因为海水中有大量的氯离子，造成钢筋腐蚀的速度更快，严重的缩短了桥梁的使用寿命。
面对混凝土易开裂钢筋腐蚀造成钢筋混凝土梁结构受损，桥梁使用寿命减少这一问题，各国的学者纷纷提出了多种解决方案，例如：钢筋上添加新的涂层、在混凝土材料中添加阻锈剂，等。但是，效果并不明显，并且成本较高经济性不强以及效率低下和工艺较为复杂等问题，在实际工程中，很难保证其效果，没有解决实质性问题。
超高性能混凝土（UHPC）具有十分不错的力学性能，具有很好的延展性和韧性，所以渗透率极低。抗拉强度相较普通混凝土有很大的提升，同时还具有非常好的耐火性能，将超高性能混凝土当做组合结构的预制单元，再与现浇筑的普通混凝土结合形成新式组合结构，这样形成的新结构最大的特点是耐久性显著提升，抗拉强度大，抗裂能力强；并且使用钢材的量和截面尺寸的显著减小，既经济自重又小；结构的耐久性能和抗腐蚀性能有非常明显的提高。但是这种新型的组合结构，两种材料之间的粘结方式会影响其在受力过程中分离，形成夹缝，从而会影响其耐久性。
1.2超高性能混凝土的材料特性
1.2.1超高性能混凝土（UHPC）的力学性能
超高性能混凝土（UHPC）是一种复合材料，它是在高强度混凝土中添加了纤维，所以力学性能优异。UHPC使用的材料一般由高标号的水泥以及硅灰等矿物参合料混合而成，在凝固上强度的过程中，经过一系列的反应，产生了晶体和胶体，发生弹性形变，其中的胶体会发生塑性形变，这两种作用共同影响材料的力学性能。下表1-1为UHPC与NC的力学性能对比。
对超高性能混凝土的力学性能影响显著的是在其凝固上强度期间的养护制度。吴建东[1]等人蒸汽养护制度本文主要探讨了超高强度混凝土的早期力学性质及其对其显微组织的影响。结果显示：超高性能混凝土的抗压强度随着与蒸汽养护温度和时间增长而提升，其中钢纤维的含量在3%~4%时，标准养护90日，再用蒸汽养护一日，最后蒸汽加压养护1/3日，UHPC的最大抗压强度在200MPa以上，比只标准养护的抗压强度都有很大的提升，蒸汽养护提升很大，蒸汽加压的提升更大。
第2章UHPC-NC叠合梁抗弯性能研究
2.1前言
抗弯性能是梁最基本的性能指标之一，构件的抗弯设计也是结构设计的主要组成部分。超高强度混凝土是以石英砂、石英粉等作为细骨料，添加硅灰、高效减水剂、钢纤维等矿物外加剂，通过最大密度的设计，使其具有很好的抗拉、压、耐久性能。超高性能混凝土是一种具有优异机械性能、延性和韧性的新型高强混凝土。与普通混凝土结合形成叠合梁能够减少截面尺寸，提高梁的使用年限。本文提出了新型的UHPC外壳，UHPC由于其优异的机械性能，可以大幅度地减小预制U形UHPC箱体的厚度，方便现场的运输和施工，加快建设进程。同时将UHPC运用于钢筋混凝土梁叠合梁设计中，可以进一步拓展UHPC的应用场景和设计。本文设计了三个UHPC-NC叠合梁和一个普通钢筋混凝土梁，其中三片叠合梁的变量参数包括有肋和无肋、有螺栓和无螺栓，探究肋板和螺栓对叠合梁抗弯性能的影响，探究叠合梁的初裂荷载、屈服荷载和极限荷载，破坏形态和裂缝分布等基本特征。
2.2试验梁的设计
本次UHPC-NC叠合梁抗弯性能研究目的如下：通过试验，观测了试件在弯曲时的受弯性，包括试样的试验现象、破坏形式、荷载-挠度、加载-应变、裂纹、延性、刚度等。探讨肋和螺栓对叠合梁抗弯性能的影响。
依据以上的研究内容，对试验梁进行了设计，试验设计了一片普通钢筋混凝土梁作为对照梁，三片叠合梁作为试验主要研究对象。
试验梁的设计长度均为为2.7 m，计算跨度为2.4 m，截面尺寸为320 mm×400mm。普通混凝土的设计强度为C40，纵向钢筋与整体钢筋的配筋比例基本一致，上层架立钢筋为2个直径为10毫米的HPB300钢筋，下层为2个直径为20毫米的HRB400的钢筋，箍筋为直径为10mm的HPB300钢筋，间距为100 mm。为了降低整个叠合梁构件的重量，本文采用了具有优秀力学性能和高韧性的UHPC材料来预制永久模板，考虑到规范《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）中梁最小保护层，本文取40mm作为UHPC永久模板的厚度，即U型槽UHPC永久模板底部及四侧的厚度为40mm。螺栓采用M16的4.8级螺栓，其屈服强度为320MPa，抗拉强度为400MPa。试验梁的参数设计见表，各试验梁的设计如图所示。
第3章UHPC-NC叠合梁抗弯性能试验结果与理论分析.....................27
3.1试验结果分析.........................................2
3.1.1破坏形态分析...........................27
3.1.2裂缝分析..................................27
第4章数值模拟（有限元）分析.......................38
4.1概述..........................................38
4.2有限元分析模型...............................38
第5章结论和展望...................................57
5.1结论....................................57
5.2展望.....................................58
第4章数值模拟（有限元）分析
4.2有限元分析模型
4.2.1有限元软件的介绍
ABAQUS是由美国罗德岛州的HKS公司开发。ABAQUS有着不可比拟的非线性方向能力而在科研界受到青睐，一方面，ABAQUS的单元库由基本单元（梁单元、壳单元、平面应变单元）等。可以模拟出不同材料的受力和变形。另一方面，它拥有强大的求解器，能够解决机器庞大的非线性问题，是进行结构非线性分析首选的主要软件，国内外研究人员将其广泛应用于工程科学研究。ABAQUS软件具有大量的单元库，能够高效地模拟真实的结构形态；由于其丰富的物料模型库，可以对大部分的工程材料进行仿真和计算。另外，ABAQUS在处理许多非线性问题时表现出良好的非线性特性。ABAQUS的主要分析模块有ABAQUS/标准、ABAQUS/Explicit，它们都可以应用于求解线性和非线性问题，但是它们的侧重点各不相同。ABAQUS/标准模块的应用范围很广，如静力学、试件的热、电反应等。而ABAQUS/Explicit则是采用了显性的动态有限元方法来解决非线性动力问题。
4.2.2 ABAQUS模型的建立
模型的建立步骤包括：部件建立、属性材料赋予、荷载条件、边界条件、接触约束、分析步设置、网格划分、创建作业、提交分析。以梁的结构参数为基础，建立了ABAQUS数值仿真模型，对三根UHPC-NC叠合梁与一根普通RC梁进行了计算。三个叠合梁分别为无肋无螺栓叠合梁、有肋无螺栓叠合梁和有肋有螺栓叠合梁。
第5章结论与展望
5.1结论
本文研究不同粘结方式下预制UHPC永久模板钢筋混凝土叠合梁抗弯性能，通过设计不同粘结方式的试验梁并进行试验，通过抗弯试验研究肋、螺栓对新型叠合梁抗弯性能的影响，最后，利用ABAQUS对该模型进行了建模、计算、分析，得出了仿真的结论。在仿真的基础上，荷载-挠度曲线，跨中钢筋的荷载-应变曲线，断裂应力云图进行了检验，并对其开裂、屈服、极限荷载和相应的位移变形进行了评价。经过比较，结果是：
（1）经对比，超高强度混凝土预制永久模板对裂缝的抑制作用，使得裂缝由普通钢筋混凝土梁稀疏、大且高度大的裂缝特征变为细密、小且高度小的裂缝特征，明显减小了裂缝宽度和裂缝间距。相比于无肋无螺栓叠合梁，随着肋应用于UHPC预制永久模板，开裂荷载、屈服荷载和极限荷载分别提高了41.7%、8.3%和4.2%；相比于有肋无螺栓叠合梁B-UC-2，随着螺栓的应用，开裂荷载、屈服荷载和极限荷载分别提高了6.1%、6.3%和2.7%。有肋无螺栓叠合梁和有肋有螺栓叠合梁的关键荷载（开裂荷载、屈服荷载和极限荷载）都有所提升，刚度也有大幅度增强，缝隙的减小能有效的限制外界物质进入构件，从而可以有效的避免钢筋的锈蚀，可以有效增加梁构件的耐久性，大大增加了桥梁的使用寿命。
（2）当采用有肋和有螺栓的方式时，UHPC预制永久模板与普通混凝土之间并未发生滑移；而没有采用肋和螺栓时，UHPC预制永久模板与普通混凝土之间发生滑移，有剥离破坏。说明这两种粘结方式提升了叠合梁构件的整体性，预制模板和普通的混凝土之间是否分离，直接影响了外壳对普通混凝土的保护程度。如果发生分离，则减小裂缝的努力将前功尽弃，外界物质会从分离处进入，而整体性的增加能有效的限制物质进入构件，从而可以有效的避免钢筋的锈蚀，可以有效增加梁构件的耐久性，大大增加了
