分段预应力钢管混凝土桁架连续组合梁受力性能研究

作     者：张仁杰 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈娟

授予年度：2022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：分段预应力 钢管混凝土桁架 连续组合梁 受力性能 相贯节点 

摘      要：为提高桥梁跨径与负弯矩区桥面板的抗裂能力,改善结构内力分布,本文提出分段预应力钢管混凝土桁架连续组合梁桥结构,并对这种结构进行了深入研究,主要研究内容如下:1)对分段预应力钢管混凝土桁架-预制混凝土板连续组合梁抗弯性能进行了研究。基于三个平面圆形钢管混凝土桁架结构受弯试验,建立对应的精细化有限元模型,对比试验结果与有限元结果,验证有限元模型的准确性和适用性。在此基础上,建立9个分段预应力钢管混凝土桁架-预制混凝土板连续组合梁有限元模型,通过数值模拟方法研究其在均布荷载作用下的抗弯性能,分析了预应力度大小和有无上部预制混凝土板对结构破坏模式、荷载-位移曲线、抗弯承载力、局部应力应变和预制混凝土板裂缝分布的影响规律,提出了考虑分段预应力筋的结构抗弯承载力计算方法。2)对预应力钢管混凝土相贯节点的力学性能进行了研究。基于钢管混凝土K形相贯节点试验,建立对应精细化有限元模型,对比试验结果与有限元结果,验证有限元模型的准确性和适用性。在此基础上,建立32个预应力钢管混凝土KK形相贯节点支管轴向受力模型、6个预应力相贯节点受弯模型和3个无预应力相贯节点受弯模型。支管轴向受力模型以支主管直径比、主管径厚比、支管径厚比等为参数,受弯模型以主管内预应力筋数量和支管壁厚为参数,通过数值模拟方法研究其在轴向荷载作用下的轴拉性能和在径向荷载作用下的抗弯性能,分析了各个参数对相贯节点破坏模式、荷载-位移曲线、极限承载力和局部应力的影响,最后提出预应力钢管混凝土KK形相贯节点轴拉和受弯承载力计算方法。3)基于实际工程对分段预应力钢管混凝土桁架连续组合梁桥受力性能进行了研究。以四川雅安干海子大桥为原型,主桁架截面选择三肢倒三角形截面,通过数值模拟方法,建立结构相似的6个三跨分段预应力钢管混凝土桁架连续组合梁桥简化模型、6个三跨通长预应力连续组合梁桥模型和1个无预应力三跨连续组合梁桥模型,研究其在施工阶段、承载能力极限状态和正常使用状态的截面受力性能。将分段预应力结构与通长预应力结构划分不同的施工工序,分析结构关键截面在施工阶段的位移和应力。采用基本组合分析承载能力极限状态,采用荷载短期组合和长期组合分析正常使用极限状态,对中跨下弦跨中截面的挠度、应力、弯矩、轴力和中支座上弦截面的应力、轴力、上部桥面板应力进行研究。最后提出考虑分段预应力作用的支座负弯矩区和跨中正弯矩区的抗弯刚度计算方法。