大跨度鐵路混合梁斜拉橋鋼-混結(jié)合段靜力和疲勞性能研究.pdf

1、混合梁斜拉橋沿主梁縱向由鋼和混凝土兩種材料組成，一般主跨采用鋼梁以增加其跨越能力，邊跨或深入主跨一部分采用混凝土梁以增加剛度和增加自重平衡跨中荷載的作用。這種橋型充分發(fā)揮了混凝土和鋼兩種材料的力學(xué)性能，在大跨度橋梁領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。鋼-混結(jié)合段是混合梁斜拉橋的關(guān)鍵構(gòu)造之一，是邊跨和中跨兩種梁體內(nèi)力傳遞和變形協(xié)調(diào)的關(guān)鍵。目前，這種混合梁斜拉橋這種橋型主要被應(yīng)用于公路橋梁，但在我國(guó)鐵路橋梁中應(yīng)用極少。相對(duì)于公路橋梁，鐵路橋梁承受的活載比

2、例更大，鋼-混結(jié)合段的靜力和疲勞性能更應(yīng)得到關(guān)注。本文基于我國(guó)首座鐵路混合梁斜拉橋-甬江大橋，對(duì)鋼-混結(jié)合段的力學(xué)性能進(jìn)行了研究分析，主要研究的內(nèi)容和得到的成果如下:
　　1、通過對(duì)剪力釘和PBL剪力鍵設(shè)計(jì)并建立推出試驗(yàn)的有限元模型，分別對(duì)單枚剪力釘和單根PBL剪力鍵的受力特性、應(yīng)力分布等進(jìn)行了研究分析;通過剪力釘和PBL剪力鍵混合使用推出模型的有限元非線性模型，對(duì)剪力釘和PBL剪力鍵在布置在不同位置時(shí)的傳力特性等進(jìn)行了研究分析。

3、
　　2、通過對(duì)甬江大橋全橋進(jìn)行有限元模型計(jì)算和基于關(guān)鍵部位應(yīng)力等效的原則，設(shè)計(jì)并制作了鋼-混結(jié)合段局部足尺試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，并?duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行靜力和疲勞荷載的加載。在靜力模型試驗(yàn)中，對(duì)鋼-混結(jié)合段進(jìn)行了最不利荷載工況下的加載，研究了鋼-混結(jié)合段的荷載分布、傳力性能及剪力鍵受力分配，并分析了結(jié)合段各構(gòu)件的軸力傳遞比。同時(shí)，對(duì)結(jié)合段建立了非線性和線性有限元分析模型，非線性有限元模型計(jì)算結(jié)果表明，鋼梁和混凝土梁之間的摩擦力對(duì)軸力傳遞貢獻(xiàn)較小;將

4、線性有限元模型計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，經(jīng)分析表明有限元模型的計(jì)算值與模型試驗(yàn)的實(shí)測(cè)值有較好的吻合，說明有限元模型能較好的反映實(shí)際結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。
　　3、疲勞驗(yàn)證試驗(yàn)過程中，結(jié)合段整體應(yīng)力水平較低，各測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力值基本保持不變，結(jié)構(gòu)傳力安全可靠，具有良好的疲勞性能;在疲勞破壞試驗(yàn)后，鋼結(jié)構(gòu)和剪力釘部分測(cè)點(diǎn)應(yīng)力水平明顯增大，結(jié)合段鋼和混凝土之間出現(xiàn)粘結(jié)滑移現(xiàn)象，尤其在頂板位置，但結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性良好，仍具有一定的疲勞安全儲(chǔ)備。
　

5、　4、甬江大橋鋼-混結(jié)合段采用剪力釘和PBL剪力鍵共同傳剪的設(shè)計(jì)構(gòu)造。在靜力試驗(yàn)時(shí)，剪力釘和PBL剪力鍵在設(shè)計(jì)荷載作用下都處于線性受力狀態(tài)，PBL剪力鍵應(yīng)力水平較低，前排剪力釘應(yīng)力水平較高，其余排剪力釘應(yīng)力水平也十分低;在疲勞荷載作用下，受力較大的剪力釘進(jìn)入的塑性狀態(tài)，PBL剪力鍵應(yīng)力水平有所增加但仍處于線性受力狀態(tài)，剪力釘整體剛度降低，將部分剪力的傳遞分配給PBL剪力鍵。
　　5、通過有限元方法對(duì)鋼-混結(jié)合段的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)結(jié)構(gòu)傳力

6、的影響進(jìn)行了研究分析，主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)包括承壓板厚度、剪力釘?shù)囊?guī)格及布置間距、頂?shù)装宓陌搴褚约盎炷恋膹?qiáng)度;并對(duì)前排受力較大的剪力釘失效的情況進(jìn)行了模擬，分析了結(jié)合段在前排剪力失效情況下傳力性能的變化。
　　6、在鋼-混結(jié)合段模型試驗(yàn)及有限元分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合了剪力釘和PBL剪力鍵的非線性有限元模型分析，對(duì)類似于甬江大橋這種類型的鋼-混結(jié)合段進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對(duì)優(yōu)化后的模型進(jìn)行非線性有限元仿真分析，研究了剪力鍵、承壓板、鋼梁和混凝土