中等跨径矩形钢管混凝土组合桁梁桥设计研究

发布时间：2020-09-11 16:24

　　矩形钢管混凝土组合桁梁桥由矩形钢管混凝土桁架和混凝土桥面板组成,是一种新型桥梁结构形式,具有抗弯刚度大、自重轻、施工便捷、经济性能好等优点。本文在国家自然科学基金项目(51378068)的资助下,对中等跨径矩形钢管混凝土组合桁梁桥通用图进行设计,并对组合桁梁负弯矩区受力性能及节点承载力进行研究。本文主要开展了以下几方面工作并得到相关结论:(1)对中等跨径矩形钢管混凝土组合桁梁桥的设计流程、构造要求、计算方法进行了梳理和总结,提出了适用于组合桁梁桥负弯矩区设计计算的简化力学模型。(2)根据现行设计规范,对50、60、70、80m四种跨径的矩形钢管混凝土连续组合桁梁桥通用图进行设计和计算,并对其技术经济性进行统计分析。结果表明,该通用图施工阶段及成桥阶段结构验算满足现行规范要求,与传统预应力混凝土箱梁桥相比,组合桁梁桥技术经济优势明显。(3)开展了矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区节段模型试验,对结构荷载-位移曲线、破坏模式、各阶段特征荷载进行分析,并根据组合桁梁的简化力学模型对不同加载阶段的结构特征荷载进行了讨论。结果表明,在加载过程中混凝土板的开裂和杆件的屈服导致结构塑性变形增大,最终节点处焊缝撕裂,组合桁梁丧失承载力;简化力学模型计算得到的结构特征荷载与实际值吻合较好,可为矩形钢管混凝土组合桁梁负弯矩区的设计和计算提供参考。(4)总结组合桁梁桥节点破坏模式,采用非线性有限元软件ABAQUS对组合桁梁桥通用图节点破坏模式、承载力进行精细化分析计算,并与相关规范中节点承载力公式进行对比。结果表明,整体节点内填混凝土并设置PBL键后,节点承载力得到提高,使得杆件屈服先于节点破坏发生。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U442.5
【部分图文】：

示意图,向家坝

距均为 3.8m。（a）实桥（b）横断面示意图1.1 向家坝大桥主梁上弦采用槽钢，埋入 C40 钢筋混凝土桥面板中。桥面板厚 24cm，按单向板设计，桥面铺装厚 6cm。为减少墩顶负弯矩区桥面板拉应力，在墩顶左右各 24.7m 范围内设置纵向预应力钢筋。下弦为钢管混凝土构件，管内混凝土强度等级为 C50，并加入适量的膨胀剂以降低混凝土收缩徐变的影响。为减小墩顶负弯矩区钢管压应力，对墩顶附近两节间的下弦杆钢管截面局部加大

示意图,海子,组合桁,管径

45.3+4×44.5+45.3+12=279.6m。（a）实桥（b）横断面示意图1.2 干海子大桥上部结构采用等截面圆钢管混凝土组合桁梁，梁高 4.4m，高跨比 1/9~1/14。下弦杆采用管径 813mm 的钢管混凝土构件，管内混凝土强度等级为 C60，腹杆采用管径406mm 的空钢管构件，布置形式为三角形。当跨径为 62.5m 时，在桥墩处设置斜撑。主梁分左、右两幅设计，单幅桥呈三角形布置，桁间距 4.4m

海子,桥墩,梁桥

向预应力钢筋的张拉等工作。（a）格构式墩（b）混合桥墩（c）横向连接图1.3 干海子大桥桥墩将原设计 T 梁桥方案和干海子大桥主要材料指标列于表 1.2，相比于简支 T 梁桥，干海子大桥混凝土用量减少 92100m3（64%），钢材用量减少 4592t（24%），总造价节约3000 多万元。由此可见，钢管混凝土组合桁梁桥具有明显的技术经济优势。表1.2 干海子大桥主要材料指标对比桥名材料干海子大桥原 T 梁桥材料用量比值混凝土（m3） 52207 144307 0.36钢管（t） 8057 00.76钢筋与型钢（t） 7015 19664（3）黄延桥[8]-[9]黄延桥是陕西境内黄延高速 K15+644.312 里程处一座车行桥，桥长 96.96m，是国内首座矩形钢管混凝土组合桁梁桥（图 1.4）。该桥为三跨连续刚构桥

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