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基于波形钢板褶皱效应的钢—混组合连续梁桥负弯矩区抗裂方法研究

基于波形钢板褶皱效应的钢—混组合连续梁桥负弯矩区抗裂方法研究

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作者：何冬晨东南大学

学位级别：硕士

在钢-混凝土组合连续梁桥负弯矩区,混凝土桥面板开裂是不可避免的一个设计难题。大量的试验和研究表明,在负弯矩区施加预应力能够有效缓解混凝土开裂的问题,并且在工程实际中应用最为广泛。但是由于组合截面的特性,有相当一部分预应力... 详细信息

在钢-混凝土组合连续梁桥负弯矩区,混凝土桥面板开裂是不可避免的一个设计难题。大量的试验和研究表明,在负弯矩区施加预应力能够有效缓解混凝土开裂的问题,并且在工程实际中应用最为广泛。但是由于组合截面的特性,有相当一部分预应力会通过剪力连接件传递到钢箱梁腹板内,一方面造成了负弯矩区混凝土预应力施加效率低下,抗裂性能提升有限,另一方面过大的预应力可能导致钢箱梁板件受压屈曲。为了解决上述问题,本文提出一种将负弯矩区平钢腹板替换为波形钢腹板的变钢腹板钢-混凝土组合连续箱梁结构。本文以长深高速高广段小清河特大桥二号桥为研究背景,替换该桥负弯矩区平钢腹板为波形钢腹板,对比分析腹板形式改变对结构负弯矩区抗裂及其他力学性能的影响。由于波形钢腹板的褶皱效应,导致其纵向易压缩,几乎不承担轴向力和弯矩,也几乎不会承担预应力。变钢腹板钢-混凝土组合连续箱梁基于波形钢腹板的上述特点,希望更多的预应力由混凝土桥面板承担,提高预应力施加效率和混凝土的抗裂性能。本文的主要工作内容及成果如下:(1)应用实体有限元软件Midas FEA建立小清河特大桥二号桥的全桥平钢腹板组合连续箱梁的实体有限元模型,并在该模型基础上建立负弯矩区变钢腹板钢-混凝土组合连续箱梁模型和全桥波形钢腹板钢-混凝土组合连续箱梁模型;并通过各模型负弯矩区应力情况的研究证明了负弯矩区平钢腹板改为波形钢腹板对混凝土桥面板抗裂性能提升的有效性,并得出截面因钢腹板形式改变造成的内力分配变化的规律;(2)通过预压力占比情况给出一种简单的预应力施加效率计算方法,定量地证明了波形钢腹板对钢-混凝土组合连续梁预应力施加效率提高的有效性;(3)建立两跨变钢腹板钢-混凝土组合梁模型,考虑施工阶段影响,对模型波形钢腹板厚度、钢腹板高度、波形钢腹板折叠角度、波形钢腹板平直段长度、有无钢箱梁上翼缘板等参数进行敏感性分析;研究发现变钢腹板钢-混凝土组合连续箱梁力学性能对波形钢腹板厚度、钢腹板高度等参数敏感性最高,去掉钢箱梁上翼缘板能有效提升负弯矩区混凝土的抗裂性能;(4)基于简单塑性理论,结合波形钢腹板力学特性推导出变钢腹板钢-混凝土组合连续箱梁负弯矩区截面极限承载力的计算公式。以规范为基础,在不考虑波形钢腹板影响的情况下,推导出变钢腹板钢-混凝土组合连续箱梁开裂弯矩的计算公式。通过现有理论公式和推导公式的计算对比,证明了所推公式的合理性。

关键词：钢-混凝土组合梁波形钢腹板预应力施加效率负弯矩区抗裂性能

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单箱八室变截面波纹钢腹板PC箱梁桥试验及相关问题研究

单箱八室变截面波纹钢腹板PC箱梁桥试验及相关问题研究

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作者：王世博郑州大学

学位级别：硕士

波纹钢腹板PC组合箱梁桥经过数十年的发展,其形式逐渐从等截面到变截面,从单箱单室到单箱多室,但国内外针对单箱多室变截面波形钢腹板PC组合箱梁桥在预应力及荷载作用下的真实受力情况研究还相对较少,本文依托郑州市南三环东延线-107辅... 详细信息

波纹钢腹板PC组合箱梁桥经过数十年的发展,其形式逐渐从等截面到变截面,从单箱单室到单箱多室,但国内外针对单箱多室变截面波形钢腹板PC组合箱梁桥在预应力及荷载作用下的真实受力情况研究还相对较少,本文依托郑州市南三环东延线-107辅道工程,对单箱八室变截面波纹钢腹板PC组合箱梁桥进行实桥试验,并建立有限元模型,分析讨论其受力性能,并重点研究了其预应力施加效率以及波纹钢腹板剪力分配规律问题,以下为主要研究及结论:1.建立精细化的Midas/FEA有限元模型,计算得到预应力及荷载作用下的结构基本力学性能,将实测值、有限元结果及理论计算结果对比分析,得出在各工况作用下实测值与有限元值较为吻合,与理论结果也较为接近。2.对比同一截面两个不同阶段底板正应力值表明,施加体内预应力阶段所产生应力均比体外预应力阶段高。在体内预应力阶段,跨中截面底板施加的有效预应力较高;在体外预应力阶段,跨中截面与1/4截面底板施加的有效预应力较高。通过实测与计算得到在体内预应力作用下,各截面预应力施加效率为0.81.96;在体外预应力作用下,各截面预应力施加效率为0.80.92。3.在体内及体外预应力作用下,4个截面中跨中截面各腹板剪应力分布差异最大,端部截面、1/4截面次之,3/4截面最小。在对称荷载作用下,加载截面的加载区域腹板承担剪力较大且较平均,中侧7道腹板承剪平均在12%3%左右,边侧腹板承剪在4%%之间,最大剪力分配系数C平均在1.21左右;在偏心荷载工况作用下,加载截面的加载区域腹板承担总腹板剪力90%以上,最大剪力分配系数C均在为3.0以上。在对称及偏载作用下,腹板剪力都具有从加载截面向非加载截面逐渐均衡的趋势。整体来看,对称荷载作用下,加载截面梁段和非加载截面梁段的不同波纹钢腹板剪应力分布存在差异,但差异较小;偏载作用下,加载截面梁段和非加载截面梁段的不同波纹钢腹板剪应力分布存在差异较大的情况。通过以上实测与研究的结论可为类似工程的设计提供相应的参考。

关键词：单箱八室波纹钢腹板预应力施加效率剪力分配规律

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