针对传统混凝土桥面板耐久性不足以及在长期交通荷载作用下出现的各种疲劳破坏状况,课题组开发了一种高性能的预应力BFRP模壳-混凝土组合桥面板,使具有耐腐蚀及高抗拉强度的BFRP模壳位于受拉区,抗压性能较好的混凝土位于受压区,从而充分发挥了 BFRP及混凝土各自材料的优势。另外在该桥面板设计时,还考虑了 FRP型材弹性模量低、施工荷载下挠度较大的劣势,利用预应力实现了 BFRP模壳预反拱设计。同时在BFRP模壳表面采用粘砂及波纹齿设计,提升BFRP模壳与混凝土的粘结性能。既有静力试验表明:此组合桥面板具有良好的抗变形能力和优越的组合性能,并且在静力荷载下预应力保持良好。本文在静力性能研究基础上,进一步研究组合桥面板在长期荷载下的疲劳损伤规律以及关键控制因素、建立疲劳寿命预测模型,为实现桥面板性能提升及长寿命化提供数据支撑。本文针对这些问题,进行了如下几个方面的研究:(1)BFRP模壳与混凝土界面粘结静力及疲劳性能研究。通过模拟既有静力试验组合桥面板的界面处理方式,设计了三组BFRP模壳与混凝土的界面处理工艺(不粘砂、粘砂仅刷一层胶、粘砂刷两层胶)。静力性能对比发现粘砂仅刷一层胶的界面处理方式具有更好的粘结能力,同时提出了三种界面处理方式的粘结滑移本构关系。并且针对粘砂刷两层胶的界面处理方式进行了疲劳试验,研究了界面在疲劳作用下的性能退化规律,表明了界面具有很好的疲劳性能,同时通过数据拟合给出了界面的疲劳S-N曲线。(2)BFRP模壳-混凝土组合桥面板疲劳性能研究。开展了 5块组合桥面板在变化荷载水平下的疲劳性能试验,对其疲劳破坏形态、模壳应力应变、预应力板条应力应变、连接界面形态以及组合桥面板刚度等进行了研究。疲劳试验研究成果表明:组合桥面板疲劳破坏形态为受压区混凝土压碎、部分BFRP模壳疲劳撕裂;组合桥面板在疲劳作用下保持平截面假定,随着疲劳循环的加载导致中和轴略微下降;BFRP模壳、预应力板条未发生明显疲劳破坏,具有很好的疲劳性能;组合桥面板界面未发生疲劳破坏,疲劳性能优越;疲劳破坏后,组合桥面板均具有较好的残余强度。同时通过数据拟合给出了组合桥面板的疲劳S-N曲线,可预测在不同荷载下的疲劳寿命。(3)BFRP模壳-混凝土组合桥面板疲劳性能数值模拟。在ANSYS有限元建模中考虑了界面粘结滑移本构关系,静力加载下的极限承载力及荷载位移曲线与试验相吻合。通过考虑BFRP模壳、混凝土以及界面的S-N曲线,模拟得到了组合桥面板的疲劳寿命,与试验结果相吻合,并且对比分析得到了组合桥面板的疲劳关键控制因素。本文建立的有限元疲劳寿命预测模型可用于组合桥面板优化设计。