钢-RPC组合结构在大跨径连续刚构桥设计中的应用研究

发布时间：2020-08-01 13:50

【摘要】：将性能优异的活性粉末混凝土(RPC)结合高强抗拉的钢材组成钢-RPC组合结构,应用于大跨径连续钢构桥中,不仅能够减轻桥梁上部结构的自重,增大跨越能力,提高结构的耐久性,还有望解决传统PC刚构桥普遍存在的运营后期跨中持续下挠和梁体开裂问题。为了探讨钢-RPC组合结构在大跨径连续钢构桥中应用的可行性和优越性,解决其若干相关技术问题,本文主要进行了以下工作:(1)结合工程背景,拟定了一座(141+250+141)m的波形钢腹板-RPC组合梁、一座同等跨径布置的钢-RPC组合梁和一座(130+272+130)的钢-RPC组合梁混合梁连续刚构桥方案,并另拟定一个普通混凝土连续刚构桥方案与之对比。利用Midas Civil有限元软件对四个方案进行建模分析,通过应力和跨中挠度验算、自重荷载及抵抗使用荷载有效性和经济性对比,发现传统波形钢腹板的剪切屈曲问题限制了波形钢腹板-RPC组合梁主跨250m级的大跨径连续刚构桥中的发展,钢-RPC组合梁不适合直接应用于主跨为250m级的大跨径连续刚构桥的设计中,钢-RPC组合梁混合梁在大跨连续刚构桥的设计中具有很强的可行性、优越性和发展潜力。(2)对钢-RPC组合结构栓钉抗剪连接件的试验研究,发现RPC对栓钉抗剪承载力的提高作用明显,我国规范对钢-RPC组合结构栓钉抗剪连接件的承载力计算太过保守,因此根据试验结果提出了栓钉抗剪承载力修正公式;介绍了前三个方案中各施工节段的栓钉抗剪连接件所需数量计算方法和布置方法,通过计算发现栓钉连接件可以满足各方案对其抗剪承载力的要求,且均具有超过30%的安全储备。(3)对主跨径为140m到350m的钢-RPC组合梁混合梁连续刚构桥的跨径布置研究,发现中跨组合梁段长度与主跨径的合理比值在0.37~0.40之间,边跨长度与主跨径的合理比值为0.48左右。(4)对RPC板的抗冲切性能和局部稳定性能进行研究,发现在波形钢腹板-RPC组合梁、钢-RPC组合梁和钢-RPC组合梁混合梁连续刚构桥设计中,抗冲切承载力设计并不是决定RPC板厚度取值的关键因素;对R160材料而言,只要宽厚比b/t≤39.37,都可以保证板的失稳破坏不先于材料破坏;而当板的宽厚比b/t39.37时,需要对其局部稳定性进行验算。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U448.23
【图文】：

示意图,平截面假定,示意图,波形钢腹板

桥 8 353 319 353 150 0.48 1桥 8 12 430 370 430 220 0.47 1/1626 9 14 330 270 330 200 0.45 1/1086 号桥 8 12 330 270 330 200 0.45 1/611 桥 8 12 300 260 300 150 0.47 1/753 路大桥 10 18 430 370 430 330 0.47 1/1041行桥 8 250 200 250 150 0.45 1截面假定者对波形钢腹板 PC 组合梁的试验研究表明[48]：由于波形钢腹板 P比较特别，受弯时腹板的纵向正应变非常小，因此腹板的抗弯作用。如此，组合梁中混凝土顶、底板的纵向正应变近似线性分布（图腹板-混凝土箱梁的弯曲拟平截面假定。

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华南理工大学硕士学位论文2.2.1.3 计算公式1.基本假定[49]（1）不计波纹钢腹板对主梁的抗弯效应；（2）忽略波形腹板与混凝土顶、底板间的相对滑移；（3）受拉区混凝土开裂后即退出工作；（4）截面的应变分布满足拟平截面假定；（5）混凝土、钢筋的本构关系应分别如图 2-2、图 2（6）忽略体外预应力筋有效高度的变化，且体外预应力的 70%。σσ

计算图,正截面抗弯,计算图,极限承载力

（6）忽略体外预应力筋有效高度的变化，且体外预应力筋的极限应力取其极限应力的 70%。A BA B图 2-2 混凝土本构关系图 2-3 钢筋本构关系2.基本公式及适用条件波形腹板预应力混凝土组合箱梁正截面抗弯承载力的计算示意图如图 2-4 所示，基本计算公式[50, 51]如下：σ 00= 0.002 0σ 0α σ = tan σ = 02 0 02 11 ′ ′

【参考文献】