【摘 要】
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近年来,钢-混凝土组合梁桥在中、小跨径桥梁中得到广泛应用,但采用无临时支撑施工时常存在钢板梁受压翼缘稳定性较低和施工阶段承载力不足等问题;在成桥使用阶段中常存在负弯矩区桥面板带裂缝工作的情况,裂缝的存在极大地影响组合钢板梁桥的耐久性和安全性。针对上述情况,课题组提出一种波折形上翼缘工字形钢主梁并结合UHPC桥面板的结构形式,能有效提高传统钢板梁桥在施工阶段的承载力和受压翼缘抗失稳能力,并在成桥阶段
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近年来,钢-混凝土组合梁桥在中、小跨径桥梁中得到广泛应用,但采用无临时支撑施工时常存在钢板梁受压翼缘稳定性较低和施工阶段承载力不足等问题;在成桥使用阶段中常存在负弯矩区桥面板带裂缝工作的情况,裂缝的存在极大地影响组合钢板梁桥的耐久性和安全性。针对上述情况,课题组提出一种波折形上翼缘工字形钢主梁并结合UHPC桥面板的结构形式,能有效提高传统钢板梁桥在施工阶段的承载力和受压翼缘抗失稳能力,并在成桥阶段显著抑制桥面板裂缝的产生,大大提高了负弯矩区桥面板的使用性能和耐久性。本文通过正、负弯矩抗弯试验分析了钢梁结构形式、混凝土板结构形式、混凝土类型、配筋率、钢材强度及焊钉连接件布置间距等参数影响下组合钢板梁桥的力学性能表现,并建立了经试验现象及结果验证的数值模拟方法,本文主要研究工作和成果如下:(1)在试设计的基础上,设计制作了三组(RC组、UHPC组、纯钢组)缩尺试验梁模型并进行正弯矩抗弯试验。试验结果表明,试验梁主要的破坏模式为焊钉剪断和混凝土板的压碎。相较于传统平钢板上翼缘构造,采用波折形上翼缘构造将组合钢板梁和纯钢梁的承载力分别提高约为10.6%和47.1%;采用UHPC材料作为桥面板能显著抑制裂缝的产生和开展,结构安全系数提高约13.0%;降低抗剪连接程度不仅会削弱组合梁的承载力、延性和结构安全系数(降低约11.3%)还会增大界面相对滑移量;提升钢材强度和采用无承托混凝土板在刚度、延性、承载力和结构安全系数(分别提高约11.5%和19.2%)方面均有所提升。(2)在试设计的基础上,设计制作了两组(RC组、UHPC组)缩尺试验梁模型并进行负弯矩抗弯试验。试验结果表明,试验梁主要的破坏模式为桥面板的开裂破坏及钢梁的扭转。相较于传统平钢板上翼缘构造,波折形上翼缘构造不仅使得组合钢板梁使用安全系数提升约42.9%,还能够协助混凝土承托起到传递和扩散力的作用,对裂缝的发展有一定程度的抑制作用;采用UHPC材料作为桥面板能提高平均开裂荷载值约360%,其结构安全系数和使用安全系数提升分别约为7.7%和50.9%;增大配筋率(由2.02%增大至2.71%)、提升钢材强度(由Q235B提升至Q345D)和采用无承托混凝土板均会在不同程度上影响组合梁的结构安全系数(变化分别约为+4.7%、+26.2%和+3.4%)和使用安全系数(变化分别为+12.5%、+50.0%和-14.3%)。(3)采用ABAQUS建立各试验梁对应的有限元模型,并通过对焊钉模拟方法、材料本构及强度等与数值模拟相关的影响因素分析,对模拟方法采用层层验证方式,最终提出经试验验证的组合钢板梁的数值模拟方法。
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