鋼-混凝土組合梁橋界面連接靜力與疲勞性能試驗研究.pdf

1、鋼-混凝土組合結構橋梁在城市立交等一些異形橋梁應用越來越廣泛，這得益于該結構形式可采用便捷無支架施工方法，以及鋼材在抵御復雜應力狀態(tài)方面的突出優(yōu)勢。在役組合結構橋梁界面病害問題突出表現(xiàn)在兩個方面:(1)連接件對橋面板應力集中作用，使混凝土橋面板產(chǎn)生沿連接件的縱橫向局部裂縫;(2)由于水分從混凝土局部裂縫，或產(chǎn)生滑移的界面侵入，造成連接件或鋼梁的腐蝕疲勞問題。針對這兩個方面的病害問題，本文對群釘和單釘靜力性能進行了對比試驗研究，建議群釘承

2、載力折減系數(shù)計算公式;進行了栓釘連接件不同部位初始損傷的推出試驗，以模擬栓釘損傷程度對其靜力性能帶來的影響;進行損傷程度對栓釘連接件疲勞行為影響的試驗研究。具體研究內(nèi)容摘要如下:
　　(1)單調加載下組合梁界面連接抗剪性能的靜力試驗研究
　　進行了11個靜力推出試驗，主要研究了栓釘構造長度與混凝土板厚比值、縱橫向筋配筋率、不同直徑、單釘與群釘?shù)葏?shù)對連接件承載力和粘結滑移效應的影響。
　　對于釘長分別為60mm、80m

3、m、110mm的試驗，釘長減小45％，界面抗剪承載力減小3％，抗剪剛度減小25％;短釘試件破壞時界面出現(xiàn)大面積混凝土剝落，其它試件破壞時斷面齊整?？梢?，釘長在一定范圍內(nèi)變化時，抗剪承載力變化不明顯，界面滑移剛度變化顯著，破壞現(xiàn)象存在差異。據(jù)此，建議了“栓釘最小長度的雙控標準”，即栓釘最小長度不小于4d徑和0.4倍混凝土板厚。
　　橫向配筋率在變化幅度在20％或縱向配筋率減小37％時，界面承載力和剛度變化均在7％以內(nèi)，破壞模式無變化

4、;可見，在混凝土強度較高時，栓釘周圍配筋對界面抗剪承載力和剛度影響均較小。
　　栓桿面積變化31％，界面抗剪承載力和剛度變化34％和29％，可見，在試驗條件下，栓釘承載力和剛度的變化基本與栓桿面積成比例關系。
　　為研究群釘效應，進行了單面2釘、4釘、6釘對比推出試驗，栓釘縱向間距為120和200mm時，單釘抗剪承載力變化17.6％、7.1％，剛度變化41.5％、27.9％。對國內(nèi)外試驗總結擬合得到群釘抗剪承載力的折減系數(shù)，

5、對本文試件進行計算，與試驗結果偏差在3％以內(nèi)。
　　(2)帶初始損傷的組合梁界面連接抗剪性能試驗研究
　　考慮栓釘損傷程度、損傷位置以及混凝土預裂等因素，進行了7個靜力推出試驗，結果表明:
　　栓釘損傷程度為12.8％、36.6％、62.9％試驗中，界面抗剪承載力變化1.2％、7.2％、36.6％，剛度變化2.9％、21.9％、40.5％?？梢?，在試驗條件下，栓釘損傷30％時，其承載力折減不大;當損傷大于50％時，其抗

6、剪承載力呈驟減趨勢。對試驗結果采用指數(shù)函數(shù)擬合，得到栓釘損傷程度與承載力關系函數(shù)，可用于對組合橋承載力評估。
　　栓釘損傷距栓桿底部9mm、34mm及兩處同時損傷時，界面抗剪承載力變化7.2％、1.2％、6.6％，剛度變化21.9％、2.3％、17％，破壞模式存在差異?？梢娝ㄡ敁p傷后承載力與其損傷位置有關，當損傷位置距栓釘?shù)撞砍^0.5栓釘高度時，損傷對其承載力影響較小。
　　本次預設混凝土橫向和縱向裂縫試件，界面承載力和剛

7、度變化均在5％以內(nèi)，破壞模式無變化。
　　(3)組合梁界面剪力連接疲勞試驗研究
　　進行了4個推出試件的等幅疲勞試驗，研究了栓釘預損傷、混凝土預裂等因素對界面疲勞性能的影響規(guī)律。結果表明:在本次試驗條件下，栓釘焊接較好時疲勞壽命可達116萬次，栓釘焊接質量不足時疲勞壽命只有54萬次，降低50％以上;栓桿損傷程度63％試件疲勞壽命只有12萬次，降低約90％，較其靜力性能降低更為嚴重。建議在鋼-混凝土組合梁橋設計和施工中，須保證

8、栓釘材料質量，避免其初始缺陷，加強對混凝土板和鋼梁的防腐和防侵蝕能力，以降低栓釘?shù)膿p傷程度。
　　(4)組合梁橋疲勞性能影響因素參數(shù)化分析
　　基于數(shù)值計算模型，探討了組合梁剪力連接度、組合梁跨度、鋼梁高度、混凝土板厚度、混凝土強度等因素對組合梁疲勞性能的影響。計算結果表明:剪力連接度從0.68增加到1.9時，其疲勞性能僅提高16％，剪力連接度對組合梁的疲勞性能影響較小。建議鋼-混凝土組合梁橋設計時，在滿足靜力承載的情況下，