裝配式鋼箱—預應力混凝土組合梁性能試驗與設計理論研究.pdf

1、在開展國家自然科學基金資助項目“鋼箱-砼組合拱結構性能與分析方法研究”(51078373)的過程中,本文提出裝配式鋼箱—預應力混凝土組合連續(xù)剛構橋的構想,可望克服預應力混凝土連續(xù)剛構橋主梁開裂和后期撓度過大的病害隱患,針對裝配式鋼箱-預應力混凝土(SB-PC)組合梁的結構性能和設計原理開展了探索性的試驗和理論研究,主要研究內容和結論如下:
　　 ①提出根據主梁不同區(qū)段受力需要選用與之相適應的鋼箱-砼組合截面的SB-PC組合連續(xù)剛

2、構橋的構想,完善了其總體構造,研究了關鍵部位的細節(jié)構造,初步探索了其主要施工步驟和方法。分析表明,SB-PC組合連續(xù)剛構橋可望克服常規(guī)混凝土連續(xù)剛構橋主梁開裂和后期撓度過大的主要病害,且能夠顯著降低橋梁自重,為連續(xù)剛構橋向更大跨徑發(fā)展提供了可行途徑;
　　 ②針對SB-PC組合連續(xù)剛構的結構和工藝特點,構造了通過后澆剪力鍵預留孔混凝土使預制橋面板與鋼箱梁聯(lián)結為一體的S-PC剪力鍵,開展了兩類共5個S-PC剪力鍵的推出試驗研究,結

3、合對S-PC剪力鍵試件的有限元分析,認識了S-PC剪力鍵受載全過程的力學行為,揭示了S-PC剪力鍵的傳力機制和不同部位及方向的應力分布規(guī)律;根據對試驗數(shù)據的統(tǒng)計分析建立了S-PC剪力鍵的荷載—滑移本構方程;
　　 ③結合有限元分析方法,研究了剪力鍵的抗剪面積和高度對S-PC剪力鍵結構行為的影響,探討了上、下剪力鍵各自分擔剪力比例隨總剪力變化的規(guī)律性;發(fā)現(xiàn)S-PC剪力鍵主要表現(xiàn)為剪力鍵承壓面局部混凝土受壓破壞,剪力鍵根部焊縫受剪破

4、壞,以及因剪力鍵彎曲變形過大而喪失承載力三類破壞形態(tài),據此提出了避免S-PC剪力鍵破壞的承載力計算公式;
　　 ④開展了兩片SB-PC組合試驗梁制作工藝和受載性能研究,對每片試驗粱進行了在不同荷載上限下的多次靜力循環(huán)荷載試驗:結果表明SB-PC組合試驗梁混凝土頂板的開裂荷載隨著混凝土有效預應力度的增加而增大;在0.5Pu范圍內作靜力循環(huán)加載時,試驗梁表現(xiàn)為彈性性能;由于預應力的作用,SB-PC組合試驗梁頂板混凝土裂縫在卸載后尚能

5、閉合,至重新加載到0.33Pu時再次張開成為可見裂縫;梁頂板混凝土裂縫的寬度和條數(shù)隨著荷載的增加而增加,當荷載超過0.8Pu后,基本無新裂縫產生,但已有裂縫長度和寬度隨著荷載的增加而不斷擴展;SB-PC組合試驗梁加載至臨近破壞時,鋼箱上翼緣鋼板和下底板實測應變均超過鋼材屈服應變,試驗梁最終表現(xiàn)為鋼箱底板受壓局部凸屈,相應底板混凝土被壓碎而喪失承載能力,具有明顯的塑性破壞特征;
　　 ⑤借助鋼-混凝土組合結構已有研究成果,結合SB

6、-PC組合梁的結構特點和試驗結果,提出了計入頂、底板滑移的開裂前剛度計算公式;在現(xiàn)有預應力混凝土梁開裂彎矩計算公式中帶入考慮頂、底板滑移影響的開裂前截面抵抗矩建立了SB-PC組合梁的抗裂計算公式;利用全截面工作和不計頂板混凝土兩種極端狀況下的截面剛度,將頂板混凝土開裂逐步退出工作的組合梁剛度實際漸變過程轉化為解析幾何中曲線的簡化描述,建立了開裂后SB-PC組合梁的剛度計算公式;依據簡化塑性理論建立了SB-PC組合梁的極限承載力計算公式;