基于界面滑移的钢-混凝土组合连续梁负弯矩区抗裂方法

作     者：戴金希 

作者单位：东南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：吴文清

授予年度：2021年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：连续组合梁 抗裂 界面滑移效应 URSP连接件 负弯矩 

摘      要：钢-混组合连续梁负弯矩区混凝土顶板开裂问题是一个困扰学术界很久的问题,同时钢-混界面滑移效应也是研究热点。以往研究中较少把界面滑移效应与混凝土顶板抗裂性联系起来,但是目前少量的研究文献和若干实际工程所引用的抗拔不抗剪(URSP)连接件却把两者紧密联系在一起,即界面滑移效应可能有利于提高负弯矩区抗裂性。为了探讨界面滑移效应与负弯矩区抗裂性的相互关系,本文根据URSP连接件的技术特征,试验分析了界面滑移效应对混凝土顶板抗裂性的影响,借以验证一种新的提高抗裂性的设计方法,并揭示了该设计方法的工作机理。为此本文设计了两期模型实验,第一期为三跨钢-混组合连续梁模型实验,试验完成后发现底部钢箱梁的梁高偏小,刚度不足,导致采用URSP连接件的组合结构抗裂性不如预期;在认真分析原因的基础上,论文又设计了第二期负弯矩区局部加载实验,对结构尺寸进行了相应修正,实现了预期的实验效果,加深了对于截面滑移效应与组合结构抗裂性的相互关系理解。在实验研究的基础上,以第二期负弯矩区局部加载实验构件为基础建立Diana有限元模型,考虑有预应力和无预应力两种分析工况,对界面滑移效应提高负弯矩区抗裂性的力学特点进行分析研究,提出滑移效应提高抗裂性的两个工作机理。最后对基于负弯矩区局部加载实验的有限元模型进行参数化敏感性分析,提出了提高负弯矩区抗裂性的关键影响因素,丰富了结构设计方法的内涵。全文的主要结论如下:(1)界面滑移效应对抗裂性的提升体现在两个方面:一方面是滑移效应弱化了中间连接件的剪切力,减小了负弯矩作用下底部钢箱作用到混凝土顶板的剪切力,降低了中支点位置混凝土顶板的拉应力集中程度,从而提高了组合结构的抗裂性;另一方面是滑移效应能提高预应力施加效应,有效的将预应力保留在混凝土顶板内,防止预应力通过连接件传递至钢箱梁,从而提高组合结构抗裂性。(2)界面滑移效应提高混凝土抗裂性需要钢箱梁和混凝土顶板之间有足够的刚度差。钢箱梁和混凝土顶板之间的刚度差越大,界面滑移效应提高的抗裂性就越明显。如果钢箱梁和混凝土之间的刚度差太小,钢箱梁与混凝土顶板的抗弯刚度比值低于临界值11.7时,界面滑移效应不仅不能提高抗裂性反而会降低抗裂性。(3)由于界面滑移效应减小了负弯矩作用下钢箱梁作用到混凝土顶板的剪切力,因此界面滑移效应能使负弯矩区混凝土顶板的应力分布更均匀,避免了拉应力过度集中于中支点截面。随着荷载的增加,负弯矩区各个截面混凝土顶面的拉应力均匀增加。因此界面滑移效应使裂缝具有发展缓慢,分布范围广,宽度小的特点。(4)钢-混组合梁桥使用抗拔不抗滑连接件会削弱结构整体刚度,从而降低结构的承载能力。根据已有的试验数据可以看出结构的破坏形式大多数是钢箱梁底板屈服破坏,界面滑移效应使破坏荷载降低4%%。