带开孔板剪力连接件的波形钢—混凝土组合桥面板受力性能研究

发布时间：2020-05-22 17:22

【摘要】：波形钢-混凝土组合桥面板是基于钢-混组合结构发展而来的新型结构形式,其相比传统钢筋混凝土板自重更轻且能充分发挥钢和混凝土两种材料特性,相比于钢桥面板(正交异性板)有更好的抗疲劳性能。但对这种新型结构的研究尚未完善,为了探究带PBL剪力连接件的波形钢-混凝土组合桥面板受力性能,改善组合桥面板钢-混界面间隙量过大的现状,将波型钢-混凝土组合桥面应用于实际工程中。利用有限元仿真模拟,对PBL剪力连接件、波形钢-混凝土组合桥面板进行分析。论文的主要研究内容如下:(1)利用通用有限元软件ANSYS Workbench对PBL剪力连接件的推出试验进行有限元模拟分析。探讨分析PBL剪力连接件的厚度、孔径大小、开孔数目、材料强度、横向贯穿钢筋等因素对其受力特性的影响。分析表明,PBL剪力连接件的开孔可以明显提高其承载能力,减少界面间滑移量,增强钢、混凝土两种材料的协同工作能力;PBL剪力连接件抗滑极限荷载与孔数正相关,但其增加的幅度呈减小趋势;PBL剪力连接件中的混凝土榫将在相对于极限荷载较小的作用下逐渐开始破坏,PBL剪力连接件孔径增加不能明显提高混凝土榫的破坏荷载。(2)利用通用有限元软件ANSYS Workbench对不同跨径的波形钢-混凝土组合桥面板进行有限元受力分析,重点研究其荷载-滑移性能、钢-混界面间隙量、抗弯承载能力。得出在波形钢-混凝土组合桥面板的波形钢边缘和波峰处置处加入栓钉,能够很好的解决组合桥面板跨中位置处钢板掀起问题,同时栓钉的加入能够提高组合桥面板的抗弯、抗滑移限承载能力,降低界面间的滑移量。(3)借鉴压型钢板-混凝土组合板承载能力计算公式、钢板-混凝土组合桥面板抗弯承载力计算公式,提出适用于本文研究的波形钢-混凝土组合桥面板的抗弯承载能力理论计算公式。计算表明,该公式和有限元计算结果有良好的吻合度,并且随着跨径的增大吻合度呈提高趋势,可以为实际工程计算提供参考。(4)根据《公路钢结构桥梁设计规范》和实际应用需要,对波形钢-混凝土组合桥面板提出2个综合优化目标,利用ANSYS Workbench平台响应面优化模块和参数相关性模块对波形钢-混凝土组合桥面板进行多目标优化设计。选取MOGA迭代算法(多目标遗传算法)得到满足约束条件的优化设计方案。通过对比设计指标优化前后的变化,表明优化效果良好。
【图文】：

混凝土桥面板,裂缝

一[1]。传统的桥面板结构通常采用钢筋（或预应力）混凝土桥面板、钢桥面板（正交异性板）。它们都存在着各自的突出问题，如钢筋混凝土桥面板因塑性收缩、温度收缩、荷载、疲劳等原因而引起的各种形式的裂缝、混凝土剥落问题，如图 1.1；钢桥面板因其构造复杂在加劲肋处和焊缝处产生的疲劳裂缝，如图 1.2 所示，都将严重影响到桥面板的适用性和耐久性。尽管从上个世纪 60 年代起，钢-混凝土组合结构因其具有充分发挥两种材料的性能和便于施工的优点而得到了广泛的应用，，但随着钢结构桥梁体系的简化，桥梁主梁数目朝着逐渐减少的趋势发展，两根主梁的形式已经成为新建中小跨径钢梁桥中的主流。这要求桥面板需具有更小的自重和更大的跨越能力。不仅如此，在面对当下严重的超载现象时传统的桥面板加固方法如粘贴加固、增大构件截面和配筋加固、体外预应力加固等方法，存在着加固后不能提升荷载通行等级，而且施工周期长，施工空间大，维修费用高等问题[2]。这些问题使得传统形式的桥面板在实际运用中不能很好地满足使用要求。

房屋建筑,疲劳裂缝,钢桥面板

图 1.2 钢桥面板疲劳裂缝钢-混凝土组合桥面板的发展简述纪 60 年代，日本、欧美等国对压型钢板-混凝土组合板做了大量针对结、极限承载力、抗剪性能等方面的试验研究，得到一些经验公式，并筑中。压型钢-混凝土组合板在实际运用中起到永久性底模和临时施可以通过钢板上压出凹凸不平的齿槽、劲性栓钉、不同的槽纹、焊接板与混凝土的粘结性能，从而使组合板能够充分发挥两种材料的优势钢板能够部分或全部代替混凝土板中的受力钢筋，这样既节约了钢筋筋的制作及安装费用。压型钢-混凝土组合板在房屋建筑中的良好的凝土组合桥面板的形成和发展。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU398.9

【参考文献】