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考虑混凝土层开裂的正交异性钢—混组合桥面板疲劳性能研究

考虑混凝土层开裂的正交异性钢—混组合桥面板疲劳性能研究

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作者：吴传杰西南交通大学

学位级别：硕士

正交异性钢-混组合桥面板通过在正交异性钢桥面上铺设钢筋混凝土结构层,使用栓钉剪力键将二者连接起来形成组合桥面板。正交异性钢-混组合桥面板较普通正交异性钢桥面具有更好的抗疲劳性能及抗弯扭性能,有效地解决了正交异性钢桥面铺装... 详细信息

正交异性钢-混组合桥面板通过在正交异性钢桥面上铺设钢筋混凝土结构层,使用栓钉剪力键将二者连接起来形成组合桥面板。正交异性钢-混组合桥面板较普通正交异性钢桥面具有更好的抗疲劳性能及抗弯扭性能,有效地解决了正交异性钢桥面铺装层容易损坏及结构抗疲劳性能较差的难题。车轮荷载作用下,组合桥面混凝土层开裂现象不可避免,混凝土层开裂会影响组合桥面结构力学行为及抗疲劳性能。本文通过混凝土层开裂后的单U肋正交异性钢-混组合桥面板弯曲静力试验及多U肋钢纤维砼-钢正交异性组合桥面板足尺模型疲劳试验,结合组合桥面有限元模型计算,研究了混凝土层开裂后组合桥面结构弯曲变形、局部变形及钢结构疲劳性能。本文主要工作如下:(1)针对混凝土层开裂造成正交异性钢-混组合桥面结构弯曲变形增大问题,通过混凝土横向开裂的单U肋正交异性钢-混组合桥面试验,运用有限元建立组合桥面模型,对比了混凝土层开裂前后组合桥面弯曲变形的变化情况,结果表明:结构弯曲变形随横向裂缝长度、深度增大而增大,结构弯曲变形增幅最大值为19.7%;相较于裂缝长度,结构弯曲变形受裂缝深度变化影响更显著。(2)为探究混凝土层开裂对包含多个U肋的正交异性钢-混组合桥面结构局部变形的影响,采用钢纤维砼-钢正交异性组合桥面足尺模型疲劳试验结合有限元计算的方式,研究了骑U肋加载方式下混凝土层开裂后的组合桥面变形行为,确定了结构变形为弯扭组合作用下的局部变形。计算了混凝土横向、纵向开裂对结构局部变形的影响,结果表明:组合桥面局部变形随横向、纵向裂缝尺寸增大而增大,局部变形增幅最大值为16.2%;尺寸相同情况下,混凝土层纵向开裂引起结构局部变形增长幅度更大。(3)针对混凝土层开裂引起正交异性钢-混组合桥面钢构造疲劳易损细节疲劳应力幅增大问题,使用有限元法计算了钢结构疲劳细节应力幅分布情况,对比足尺模型疲劳试验结果确定了有限元法计算结果的准确性。基于组合桥面有限元模型,进行了混凝土层不同程度横向、纵向开裂的组合桥面关键钢构造疲劳细节应力幅研究,研究结果表明:钢构造疲劳细节应力幅整体随裂缝尺寸增长而增大,其中纵肋-横隔板疲劳细节应力幅增幅最大值为29.8%;受混凝土层开裂影响最显著的疲劳细节为纵肋-横隔板疲劳细节。本文研究了混凝土层开裂对正交异性钢-混组合桥面结构局部变形及关键钢构造疲劳细节主拉应力幅的影响,为控制组合桥面混凝土层开裂提供基本方向,具有工程实际意义及工程经济价值。

关键词：正交异性钢-混组合桥面板混凝土层开裂局部变形疲劳细节疲劳应力

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正交异性钢—混组合U肋桥面板扭转行为研究

正交异性钢—混组合U肋桥面板扭转行为研究

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作者：胡劼成西南交通大学

学位级别：硕士

正交异性钢-混组合桥面板通过加入较厚的混凝土层,形成钢板-混凝土组合体系,较传统的正交异性桥面板具有更优的抗疲劳性能和更大的纵向刚度,很好地解决了铺装层易损和疲劳细节处疲劳开裂的问题。以往的研究大多针对它的疲劳性能,对其扭... 详细信息

正交异性钢-混组合桥面板通过加入较厚的混凝土层,形成钢板-混凝土组合体系,较传统的正交异性桥面板具有更优的抗疲劳性能和更大的纵向刚度,很好地解决了铺装层易损和疲劳细节处疲劳开裂的问题。以往的研究大多针对它的疲劳性能,对其扭转行为知之甚少,而偏心荷载作用下的扭转行为成为一个无法忽略的问题,在该类型桥梁计算分析中必须考虑偏载引起的扭转效应才能确保其在设计施工过程中更加安全可靠。本文主要工作如下:1.基于欧拉-伯努利梁推导和刚性周边、平截面、螺栓变形相容等假设,以组合梁刚性扭转角θ和挠度y为基本参数,建立了组合结构的弯曲扭转互不耦合的线性微分方程组,采用有限差分法解弯曲微分方程,利用算子解法解出扭转微分方程,并获得解析式。利用空间有限元法和经典梁理论验算悬臂梁结构体系下挠度和内力,结果表明所推理论数值解求解准确,扭转角解析式还有待进一步验证。2.为探究此类正交异性钢-混组合桥面板扭转作用效应,依托如意岛跨海大桥引桥项目进行足尺扭转试验研究。并针对关键参数对正交异性钢-混组合桥面板结构U肋应力和位移的影响,采用有限元参数分析表明混凝土层厚度和U肋厚度是影响U肋主拉应力和竖向位移的关键参数;并用推导的理论计算程序和扭转角解析式对比分析了试验的结果。3.针对正交异性钢-混组合桥面板扭转作用下滑移效应,采用考虑滑移的有限元模型对关键参数进行敏感性分析,分别得到了影响最大滑移量和最大挠度的关键参数。进一步探究考虑滑移的挠度增大系数,得到各关键参数对应的挠度增大系数的取值在1.10.21范围内。本文所得研究成果可为正交异性钢-混组合桥面板的设计和计算提供依据。

关键词：正交异性钢-混组合桥面板扭转数值解关键参数挠度增大系数

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