波纹钢板组合加强结构受弯性能试验研究

发布时间：2020-07-13 08:32

【摘要】：波纹钢板桥涵结构以其工期短、造价低、变形能力强的特点,长期以来被广泛运用于公路、铁路等道路工程中,然而,当桥涵结构向大跨径、高埋深方向发展时,单纯依靠加大波形和板厚的单层波纹钢板结构形式会发生应力超限或局部失稳现象,为了适应波纹钢板在桥涵领域的发展以及向工业与民用建筑、地下结构等其它领域的拓展,本文研究了波纹钢板加强和波纹钢板-混凝土组合两种结构形式的受弯性能,为今后的实际运用及研究提供参考。为研究波纹钢板加强和组合结构的受弯性能,本文制作了波纹钢板加强结构及波纹钢板-混凝土组合结构两种形式共7个试验试件,完成了静力加载试验,明确了两种形式试件的破坏过程及破坏模式,得到了试件的荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线等,并且借鉴压型钢板-混凝土组合板的计算方法,根据所得试验数据提出并验证了两种试件的受弯性能计算方法,随后利用有限元软件ABAQUS对所有试件进行了非线性数值模拟分析,通过数值模拟结果与试验结果的对比分析验证了有限元模型的合理性,并用有限元模拟方法分析了钢板厚度、钢板强度、混凝土强度等因素对这两种结构受弯性能的影响。试验和分析结果表明:加强结构试件在加载过程中无明显破坏特征,进入塑性阶段后,主体板与加强板、主体板与填充混凝土之间虽然发生了相对滑移,但仍有较好的承载能力。相对于纯钢板而言,加强后的试件抗弯刚度增长较大,且增加板厚和填充混凝土都能明显提高加强结构的抗弯承载能力。组合结构试件破坏形态均为纵向剪切破坏,破坏时钢板与混凝土脱离明显,剪跨区裂缝宽度较大,其受力变化过程可以分为弹性工作阶段,弹塑性阶段和塑性阶段。从总体趋势上看,混凝土厚度越大,试件刚度越大,试件极限承载能力越强,但混凝土厚度过大会导致材料性能难以充分发挥。对比两组试件的承载性能可以看出,在加载初期弹性阶段中,组合结构的刚度大于加强结构的刚度,但加强结构试件的承载能力和延性优良,并且设计简单,施工方便,适合于刚度提高要求不大的结构。本文提出的波纹钢板加强结构及波纹钢板-混凝土组合结构的抗弯承载力、抗弯刚度计算方法,计算结果与试验结果吻合良好,为这两种结构的实际工程设计提供参考依据。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U441
【图文】：

波纹钢板,波形参数

逦引言逦逡逑１引言逡逑１．１波纹钢板概述及其应用逡逑波纹钢板是指将一定厚度（通常为２？１２ｍｍ）的热乳钢板或钢带按照规定的尺逡逑寸经波形轧制和冷弯加工而成的波纹圆管或弧形波纹钢板。将普通的平钢板加工逡逑成波纹形状之后，能够大大增加截面惯性矩，因而其承载能力也大幅增加。图１．１逡逑为一个波长范围的波纹钢板波形，由直线段和圆弧线段组成［１］［２］。波纹钢板波形的逡逑控制参数包括其波长Ｉ、波高／／、厚度６、直线段长度７Ｘ、圆曲线转角０和圆曲线逡逑半径／？。目前国内外常用的波形有：１２５ｘ２５ｍｍ（ｉ＞／／）、１５０ｘ５０ｍｍ、２００ｘ５５ｍｍ、逡逑３０0ｘ邋１１邋0ｍｍ以及４０0ｘ邋１５０ｍｍ，波纹钢板厚度２ｍｍ？１２ｍｍ。逡逑

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相对于传统钢筋混凝土及圬工涵洞，波纹钢板埋置式桥涵结构拥有以下几个逡逑优点R[R[？？逡逑（１）丰富的波形和截面形式。波纹钢板充分利用了钢材的可再加工能力，可以生逡逑产不同波形、壁厚的钢板，同时波纹钢管涵的截面形式也非常丰富，可适用于不同逡逑的地形地貌，满足不同的使用功能和强度要求。逡逑（２）工厂标准化生产。波纹钢板可以在工厂集中预制，批量生产，生产过程不受逡逑环境影响，生产效率高、周期短，并可确保加工精度和产品质量。逡逑（３）运输、安装简便。波纹钢板结构自重轻，运输时可以采用套叠或捆扎运输；逡逑建造安装过程简单方便，采用现场半成品拼装，无需大型的吊装设备和混凝土拌合逡逑设备，施工工期短，能够减少施工成本，降低工程造价。逡逑（４）对地基要求低，有较强的变形适应能力。由于结构自重轻，且钢材有较强的逡逑抗拉性能和抗变形性能，能够适应膨胀土、软土、湿陷性黄土、冻土及采空区等不逡逑良地质条件下的地基不均匀沉降，同时也适用于地震多发地区。用于公路桥涵时，逡逑能够较好地改善桥涵与路堤交界处的“错台现象”，提高行车舒适度。逡逑（５），。一

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逦逦逡逑产量和质量的不断提升、建造和安装技术不断完善，波纹钢板桥涵结构也逐渐向着逡逑大跨径、高埋深方向迈进。但是当结构跨径过大或有大型施工机械作用于拱顶时，逡逑结构易发生变形，结构稳定性大大降低，甚至产生失稳破坏，公路交通的安全稳定逡逑运营受到了严重的威胁（如图１．３所示）。因此，需要对结构进行改进，以增加波逡逑纹钢板桥涵结构的强度与刚度。逡逑

【参考文献】