T梁与箱梁弱刚接结构构造设计与极限承载力研究
作者单位:福建农林大学
学位级别:硕士
导师姓名:黄文金;朱志勇
授予年度:2023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:桥梁拼接 匝道桥 主线桥 极限承载力试验 有限元仿真分析
摘 要:主线T梁桥与匝道箱梁桥的拼接绝大多数采用上部结构和下部结构均不连接的“上下均不连方式。“上下均不连方式,可以大大减小新建桥梁对旧桥的影响,表现为新桥与旧桥各自受力,混凝土收缩徐变差异及基础不均匀沉降的影响小,且施工简便。但是,“上下均不连也带来许多问题,比如,拼接缝处的桥面铺装损坏较为严重,新旧桥的翼缘存在较大的变形差异等。这些问题会对桥梁结构正常使用性能和耐久性甚至承载力,以及交通安全、驾驶体验和道路通行能力等产生较大影响,同时也会大幅增加桥梁后期运营维护成本。为了解决上述问题,通过有限元和试验相结合的方式,对主线T梁桥与匝道箱梁桥上部结构连接而下部结构不连的“上连下不连方式的受力性能进行研究,主要工作内容以及成果如下:(1)通过全桥实体有限元模型,分析了分别采用弱刚接、跨内横隔板刚接及全部横隔板刚接三种拼接方式的桥梁上部结构受力性能,以及现有规范计算此类拼接翼缘板内力的适用性。分析的主要荷载作用包括汽车荷载、混凝土收缩徐变差异、基础沉降差异作用。研究结果表明,翼缘拼接有利于减小汽车荷载的作用效应,但在弱刚接基础上增设横隔板的作用不大,且支点横隔板在基础沉降差作用下受力十分不利,因此建议不使用全部横隔板刚接;三种拼接方案均将增大旧桥主梁的横向拉力,弱刚接方案存在局部翼缘板混凝土开裂问题;混凝土收缩徐变对三种拼接方案的影响不大;新旧桥主梁对翼缘的扭转约束刚度差异较大,因此采用现有《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》计算的箱梁侧翼缘板根部弯矩比有限元计算值小,且偏于不安全,桥梁拼接设计时宜结合有限元分析结果复核翼缘根部的负弯矩。(2)由于弱刚接施工便捷且横隔板对进一步改善旧桥主梁受力的作用不大,故针对弱刚接开展了车辆荷载作用下的极限承载力试验,研究弱刚接的翼缘板静力特性。试验以及有限元分析结果表明,拼接翼缘板在车辆荷载作用下是由于斜截面的拉应力过大而导致的破坏,破坏模式呈现出明显的“八字形。(3)通过试验验证过的有限元基准模型,主要对弱刚接在汽车荷载及基础不均匀沉降下的正常使用极限状态和承载能力极限状态进行了更深入的研究,并对新旧主梁间距的影响进行分析。研究结果表明,弱刚接在汽车荷载作用下的开裂区域及开裂程度均很小;其次,可以考虑在拼接翼缘板中设置一定的斜筋,以防止发生斜截面受拉破坏;最后,减小新旧主梁间距对于改善拼接翼缘板受力性能的作用不大。