高速鐵路預(yù)制拼裝箱梁橋抗彎及接縫抗剪試驗(yàn)研究與理論分析.pdf

1、節(jié)段預(yù)制拼裝技術(shù)是將結(jié)構(gòu)整體分段預(yù)制后利用預(yù)應(yīng)力技術(shù)再組裝為整體的手段，主要應(yīng)用在大跨橋梁結(jié)構(gòu)中，具有預(yù)制標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量可控、對(duì)施工機(jī)械要求低、施工工期短、受環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，是橋梁結(jié)構(gòu)一個(gè)十分重要的施工技術(shù)。預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)與整體現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)本質(zhì)的區(qū)別是普通鋼筋在接縫處不連續(xù)，接縫處主要通過(guò)不同的形式進(jìn)行拼接連接，極限狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的受力性能有較大的差別，需要對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)的研究?，F(xiàn)有的設(shè)計(jì)理論主要集中在幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題上:節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁的抗裂性能，不同

2、荷載階段下梁體的剛度，極限狀態(tài)下的抗彎承載能力，極限狀態(tài)下的抗剪破壞模式及其承載力?？箯澐矫姹疚幕趯?duì)節(jié)段預(yù)制拼裝梁與整體梁破壞本質(zhì)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上建立了節(jié)段預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支梁及節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)梁的體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量計(jì)算公式，并通過(guò)有限元模型對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)梁的內(nèi)力重分布進(jìn)行了分析，建立了不同荷載階段下的抗彎剛度計(jì)算公式。抗剪方面對(duì)單鍵剪力鍵受剪破壞形式以及多鍵剪力鍵破壞形式進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，提出了相應(yīng)的數(shù)值計(jì)算模型并進(jìn)一步提出了簡(jiǎn)化計(jì)算模

3、型，對(duì)節(jié)段預(yù)制拼裝梁的抗剪破壞模式進(jìn)行了探討并形成了抗剪承載力的計(jì)算公式。設(shè)計(jì)了10個(gè)剪力鍵抗剪試驗(yàn)以及4根簡(jiǎn)支梁、1根三跨連續(xù)梁進(jìn)行試驗(yàn)并對(duì)理論分析進(jìn)行了驗(yàn)證，本文的主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:
　　(1)推導(dǎo)了節(jié)段預(yù)制拼裝橋梁受力全過(guò)程的剛度計(jì)算公式。基于粘結(jié)-滑移理論提出了接縫截面剛度影響范圍的概念，以節(jié)段為單位，按等效后轉(zhuǎn)角相同的方法推導(dǎo)了不同荷載等級(jí)下的節(jié)段預(yù)制拼裝梁等效剛度計(jì)算公式，其采用三折線形式-分為未開裂階段，正常使

4、用階段，極限狀態(tài)階段，物理意義明確，結(jié)果精度高。
　　(2)推導(dǎo)了節(jié)段預(yù)制拼裝梁體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力增量的計(jì)算公式。討論了現(xiàn)有的簡(jiǎn)支梁體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力增量的計(jì)算方法，基于等效塑性鉸理論，建立體外預(yù)應(yīng)力整體簡(jiǎn)支梁應(yīng)力增量與極限位移的計(jì)算模型。提出了節(jié)段簡(jiǎn)支梁與整體簡(jiǎn)支梁極限位移的比例系數(shù)概念，推導(dǎo)了節(jié)段預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支梁極限位移的計(jì)算公式。根據(jù)梁體跨中位移與體外預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力成線性比例的關(guān)系，得到預(yù)制拼裝簡(jiǎn)支梁體外預(yù)應(yīng)力筋的極限應(yīng)力增量

5、計(jì)算公式，并形成了簡(jiǎn)化計(jì)算公式。
　　(3)提出了連續(xù)梁塑性鉸位置修正系數(shù)x概念，基于等效塑性鉸理論推導(dǎo)了連續(xù)梁跨中極限位移的計(jì)算公式，并形成了體外預(yù)應(yīng)力節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)梁體外預(yù)應(yīng)力筋極限應(yīng)力增量的計(jì)算公式，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。采用纖維梁?jiǎn)卧Ｐ?，考慮了節(jié)段梁截面剛度影響區(qū)域長(zhǎng)度，建立了節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)梁力學(xué)模型，并進(jìn)行了內(nèi)力重分布影響因素分析，為節(jié)段預(yù)制拼裝連續(xù)梁的考慮內(nèi)力重分布的塑性設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。
　　(4)受彎方

6、面進(jìn)行了4個(gè)簡(jiǎn)支梁（1個(gè)整體、3個(gè)節(jié)段）及1個(gè)三跨節(jié)段連續(xù)梁受彎試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果提出了節(jié)段預(yù)制拼裝梁抗裂分析的參數(shù)取值，并對(duì)建立的應(yīng)力增量計(jì)算公式等進(jìn)行了驗(yàn)證。進(jìn)行了10個(gè)不同接縫形式節(jié)段預(yù)制拼裝梁接縫抗剪試驗(yàn)，考慮了水平壓力大小、干結(jié)與膠結(jié)、鍵齒大小、平接與鍵齒接縫等因素，對(duì)建立的簡(jiǎn)化計(jì)算公式進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(5)采用ABAQUS有限元軟件自帶混凝土CDP材料模型進(jìn)行了初步分析，了解了剪力鍵抗剪破壞的機(jī)理，并與現(xiàn)有單鍵破壞試

7、驗(yàn)進(jìn)行比對(duì)，給出了抗剪分析時(shí)CDP模型的參數(shù)設(shè)置建議。針對(duì)CDP模型的缺點(diǎn)，在分析剪力鍵受剪破壞原理的基礎(chǔ)上，開發(fā)了基于ABAQUS有限元軟件VUMAT子程序的混凝土抗剪模型，模型中體現(xiàn)了混凝土破壞準(zhǔn)則、Ⅱ型斷裂能、剪斷后摩擦剪應(yīng)力對(duì)剪力鍵受剪破壞的影響，通過(guò)已有剪力鍵受剪破壞試驗(yàn)確定了混凝土抗剪模型參數(shù)取值，并驗(yàn)證了模型的正確性，揭示了剪力鍵受剪破壞的原理。
　　(6)利用開發(fā)的混凝土抗剪模型對(duì)剪力鍵受剪構(gòu)件進(jìn)行了參數(shù)分析，考慮

8、鍵齒形狀、水平壓力大小、鍵齒數(shù)目、接縫連接方式等因素對(duì)剪力鍵受剪承載力的影響，建立了接縫抗剪破壞承載力計(jì)算模型，形成了不同接縫形式接縫抗剪破壞承載力的計(jì)算公式，公式物理意義明確，形式參數(shù)統(tǒng)一，與試驗(yàn)結(jié)果相比具有較高的精度。
　　(7)在分析了節(jié)段預(yù)制拼裝梁與整體梁抗剪差異的基礎(chǔ)上，歸納了節(jié)段預(yù)制拼裝梁抗剪破壞的不同破壞形式及破壞機(jī)理。分析了不同接縫形式對(duì)混凝土部分抗剪承載力影響，根據(jù)混凝土的壓剪破壞準(zhǔn)則，考慮了受壓翼緣對(duì)抗剪承載力