混合梁斜拉橋鋼混結合段受力性能的試驗研究與理論分析.pdf

1、國內外已建成和正在建設的大跨度混合梁斜拉橋數量很多,但每個斜拉橋的主梁鋼混結合段的設計和構造細節(jié)都各不相同,國內外規(guī)范對大跨度混合梁斜拉橋主梁鋼混結合段的設計均未給出詳盡的說明,設計依據不明確。在鋼-混凝土組合結構中,剪力連接件對鋼和混凝土這兩種性能差別較大的材料的協同工作具有重要作用。目前國內外對剪力釘的承載能力和抗剪剛度做了大量的研究,但研究工作主要是針對設置單枚或多枚剪力釘的試件的推出試驗進行的,對剪力釘在主梁鋼混結合段中的受力性

2、能的研究較少。因此,分析主梁鋼混結合段中剪力釘、鋼板、混凝土三者之間的相互工作方式,研究混合梁斜拉橋主梁鋼混結合段的計算方法具有重要意義。
　　本文在國內外進行的大跨度混合梁斜拉橋主梁鋼混結合段試驗和剪力釘承載能力及抗剪剛度試驗的研究成果的基礎上,進行了兩種構造形式的主梁鋼混結合段縮尺模型試驗和理論研究。將有限元分析結果和模型測試結果進行了對比,分析表明有限元計算結果和模型試驗結果吻合得較好,合理的有限元分析可以準確的反映試驗模型

3、的受力狀態(tài),根據模型試驗結果和有限元計算結果評判了實橋鋼混結合段設計的合理性。研究內容和取得的成果如下:
　　1.對組合結構常用的剪力釘設計和制作了單枚剪力釘型鋼混凝土試件,并進行了推出試驗。通過推出試驗,研究分析了推出試件中單枚剪力釘的受力特性、荷載-滑移規(guī)律和破壞機理,計算分析了單枚剪力釘的抗剪承載力及剪切剛度。在對組合結構中鋼-混凝土界面的模擬方法進行了研究后,建立了有限元分析模型,研究了剪力釘、鋼板、混凝土三者的相互作用機

4、理。根據推出試驗結果和有限元計算結果的對比分析,表明合理的有限元計算可以準確的計算出單枚剪力釘的極限承載力和荷載-滑移曲線,彌補了以往剪力釘承載能力和剪切剛度只能通過推出試驗得出的不足。
　　2.對南昌英雄大橋和武漢二七長江大橋主梁鋼混結合段分別進行了大比例的縮尺模型設計和制作,并進行了試驗。在模型試驗中,對兩座橋的鋼混結合段試驗模型分別進行了正常使用荷載、設計極限荷載和超載三種工況的試驗,研究了在不同工況荷載作用下兩座橋梁鋼混結

5、合段的應力分布情況和結合段的承載能力,分析了具有不同構造形式的兩座橋梁主梁鋼混結合段的受力與變形性能。
　　3.在對鋼混結合段鋼-混凝土界面的有限元模擬方法進行了研究后,對上述具有不同構造形式的兩座橋梁主梁鋼混結合段試驗模型進行了有限元分析,并將模型實驗值和有限元計算值進行了對比,分析表明有限元計算結果和模型試驗結果吻合得較好,合理的有限元分析可以準確的反映試驗試件的受力狀態(tài)。
　　4.根據上述剪力釘推出試驗和主梁鋼混結合段

6、的模型試驗及有限元分析得出的結論,在不影響不同構造形式的鋼混結合段的受力特性的基礎上,在本文的有限元分析中,分別對兩座橋梁的鋼混結合段進行了簡化,對簡化后的分析模型進行了非線性仿真計算,研究了鋼板和混凝土不同結合程度對鋼混結合段中剪力釘群的受力特性的影響,分析了鋼混結合段簡化模型受力機理。
　　5.結合剪力釘推出試驗和主梁鋼混結合段的模型試驗及有限元分析得出的結論,研究了鋼-混凝土界面的滑移量對鋼混結合段抗彎、抗壓性能的影響,提出