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钢-混凝土组合箱梁以其抗扭刚度高、稳定性强、重量轻、跨度大等优点被广泛应用于高速公路跨线桥及匝道桥设计中。随着桥梁功能要求的提高,连续组合梁桥以其更大的跨越能力和较小的结构高度,在很多情况下具有更强的竞争力。本文以实际工程为依托,以预应力钢-混凝土组合箱梁负弯矩区缩尺试验得到组合梁裂缝、滑移及挠度发展与分布规律。在此基础上,通过ABAQUS实体有限元模型分析了组合箱梁腹板与隔板翼缘两部分栓钉对组合梁滑移发展的影响。此外,通过对模型梁负弯矩区预应力筋布置的参数分析,得到了预应力筋布置对组合梁开裂荷载的影响,并验证了所得规律对原桥的适用性。最后,通过Midas对原桥进行施工阶段分析,研究预应力作用下,组合梁负弯矩同时采用部分抗剪连接设计与部分外包混凝土设计对组合梁混凝土板压应力的影响。本文具体研究内容如下:
(1)通过组合箱梁负弯矩区缩尺试验研究组合梁裂缝、滑移及挠度发展与分布规律,研究结果表明:组合梁裂缝间距与箍筋间距一致,根据滑移与挠度发展曲线,组合梁破坏过程可分为混凝土板开裂前的弹性阶段、钢梁屈服前的开裂后弹性阶段与钢梁逐渐屈服的屈服阶段。
(2)通过ABAQUS实体有限元模型分析了组合箱梁腹板与隔板翼缘栓钉对组合梁滑移发展的影响,研究结果表明:箱形截面组合梁水平抗剪承载力由腹板翼缘栓钉提供,设置隔板翼缘栓钉不能提高组合梁剪力连接程度,取消隔板翼缘栓钉可缓解隔板受力,可为减少隔板加劲肋提供理论依据。
(3)通过对模型梁负弯矩区预应力筋布置的参数分析,得到了预应力筋对组合梁开裂荷载的影响,并验证了所得规律对原型梁的适用性。研究结果表明:在不同预应力水平下,混凝土板对称轴单侧预应力筋合力点位于板半宽0.15~0.50倍范围内时开裂荷载较大,优化原型梁预应力布置可提高其11%的开裂弯矩。
(4)通过Midas对原桥负弯矩区同时采用部分抗剪连接设计与部分外包混凝土设计时混凝土板的应力进行施工阶段分析,研究结果表明:组合梁正弯矩区采用完全抗剪连接设计,负弯矩区采用部分抗剪连接设计与部分外包混凝土设计时,可减少组合梁施工阶段挠度,降低组合梁负弯矩区混凝土板拉应力;且将半通长预应力钢束改为墩顶束后,可有效提高组合梁负弯矩区混凝土板压应力。
(1)通过组合箱梁负弯矩区缩尺试验研究组合梁裂缝、滑移及挠度发展与分布规律,研究结果表明:组合梁裂缝间距与箍筋间距一致,根据滑移与挠度发展曲线,组合梁破坏过程可分为混凝土板开裂前的弹性阶段、钢梁屈服前的开裂后弹性阶段与钢梁逐渐屈服的屈服阶段。
(2)通过ABAQUS实体有限元模型分析了组合箱梁腹板与隔板翼缘栓钉对组合梁滑移发展的影响,研究结果表明:箱形截面组合梁水平抗剪承载力由腹板翼缘栓钉提供,设置隔板翼缘栓钉不能提高组合梁剪力连接程度,取消隔板翼缘栓钉可缓解隔板受力,可为减少隔板加劲肋提供理论依据。
(3)通过对模型梁负弯矩区预应力筋布置的参数分析,得到了预应力筋对组合梁开裂荷载的影响,并验证了所得规律对原型梁的适用性。研究结果表明:在不同预应力水平下,混凝土板对称轴单侧预应力筋合力点位于板半宽0.15~0.50倍范围内时开裂荷载较大,优化原型梁预应力布置可提高其11%的开裂弯矩。
(4)通过Midas对原桥负弯矩区同时采用部分抗剪连接设计与部分外包混凝土设计时混凝土板的应力进行施工阶段分析,研究结果表明:组合梁正弯矩区采用完全抗剪连接设计,负弯矩区采用部分抗剪连接设计与部分外包混凝土设计时,可减少组合梁施工阶段挠度,降低组合梁负弯矩区混凝土板拉应力;且将半通长预应力钢束改为墩顶束后,可有效提高组合梁负弯矩区混凝土板压应力。