钢桁腹式混凝土组合箱梁的力学性能研究

发布时间：2020-10-18 11:56

　　 钢桁腹式混凝土组合箱梁是一种新型的钢-混组合箱梁结构,由于其具有自重轻、架设方便快捷、不存在腹板开裂等优点,正被越来越广泛地应用于现代桥梁建设中。钢桁腹式混凝土组合箱梁不同于传统的实腹式箱梁,其主要受轴向力作用的斜向腹杆与混凝土翼板通过节点构造进行连接,势必会使钢桁腹式混凝土组合箱梁的力学性能区别于实腹式箱梁。目前针对钢桁腹式混凝土组合箱梁力学性能的研究文献相对较少,故本文结合钢桁腹式混凝土组合箱梁的构造特点,并以南京江山桥为工程背景,对以下几个方面展开研究:(1)推导钢桁腹式混凝土组合箱梁钢桁腹杆的纵向弹性模量计算公式,据此研究组合箱梁的抗弯性能;通过有限元模拟分析,对钢桁腹式混凝土组合箱梁的抗剪性能、腹杆受力情况以及横断面纵向变形分布是否满足“拟平截面假定”进行研究。研究结果表明:钢桁腹式混凝土组合箱梁的混凝土翼板承担截面弯矩而钢桁腹杆承担截面剪力;钢桁腹式混凝土组合箱梁钢桁腹杆的受力形式与本文“平面桁架体系”的腹杆受力形式相似,并可以利用“平面桁架体系”近似计算出组合箱梁的钢桁腹杆杆力;钢桁腹式混凝土组合箱梁的横断面纵向变形满足“拟平截面假定”。(2)利用能量变分法原理推导钢桁腹式混凝土组合箱梁的翼板纵向弯曲应力和纵向附加应力计算公式,据此探讨适用于计算组合箱梁翼板纵向应力的方法;在利用能量变分法原理进行推导时,考虑对组合箱梁悬臂板纵向位移函数的修正,通过有限元模拟分析和相关理论计算,对修正组合箱梁悬臂板纵向位移函数的必要性和组合箱梁考虑悬臂板边界约束影响的修正系数的合理取值进行研究。研究结果表明:钢桁腹式混凝土组合箱梁的下翼板纵向应力可采用纵向弯曲应力计算公式进行计算而上翼板纵向应力应由翼板纵向弯曲应力和经修正的翼板纵向附加应力两者相叠加获得;对钢桁腹式混凝土组合箱梁的悬臂板纵向位移函数进行修正可有效地提高其顶板纵向应力的计算精度,且组合箱梁考虑悬臂板边界约束影响的修正系数可以取值为1.4。(3)利用能量变分法原理推导钢桁腹式混凝土组合箱梁综合考虑钢桁腹杆剪切变形和剪力滞效应的挠度计算公式,并结合有限元模拟分析,对组合箱梁挠度计算公式的准确性、高跨比和腹杆水平倾角与组合箱梁由钢桁腹杆剪切变形和剪力滞效应引起的附加挠度之间的关系进行研究。研究结果表明:本文的挠度计算公式具有较高精度;钢桁腹式混凝土组合箱梁由钢桁腹杆剪切变形和剪力滞效应引起的附加挠度均随组合箱梁高跨比的增加而不断增加,且组合箱梁由钢桁腹杆剪切变形和剪力滞效应引起的附加挠度在挠度理论计算中不可忽略;腹杆水平倾角仅会对钢桁腹式混凝土组合箱梁由钢桁腹杆剪切变形引起的附加挠度产生影响。(4)通过有限元模拟分析和相关理论计算,对钢桁腹式混凝土组合箱梁的剪力滞系数计算公式、剪力滞系数沿纵桥向变化规律和“翼板有效分布宽度”的计算方法进行研究。研究结果表明:钢桁腹式混凝土组合箱梁按照初等梁理论算得的翼板纵向应力?的计算应考虑翼板附加轴力的影响;均布荷载作用下的连续钢桁腹式混凝土组合箱梁的剪力滞效应最为明显,变化趋势最为复杂,并且产生了“负剪力滞”效应;在计算钢桁腹式混凝土组合箱梁的翼板有效分布宽度时,建议使用美国规范和英国规范。
【学位单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U441
【部分图文】：

图 1.1 钢箱组合梁桥梁桥的钢桁架上弦杆与混凝土桥面板通过焊钉连接件进从而共同受力。组合桁梁桥与组合板梁桥在受力上的要受弯剪作用，轴力很小；而组合桁梁腹杆受到较大的与桥面板间的水平剪力较大。因而，组合桁梁桥在节点水平剪力作用，即由截面剪力与腹杆轴力各自产生的集布置焊钉连接件。合桁梁桥截面有两种发展形式，即不使用上弦杆，腹杆下弦杆都不使用，腹杆直接与混凝土上、下翼板结合。弦杆承受压力，钢杆件受压不利，而用混凝土桥面板代替凝土桥面板的抗压性能。腹杆直接与混凝土翼板结合的特性，它是由混凝土箱梁结构发展而来的，通过使用钢混凝土箱梁受力性能的目的，为此称为桁腹式组合梁桥

桥梁桥的钢桁架上弦杆与混凝土桥面板通过焊钉连接件进从而共同受力。组合桁梁桥与组合板梁桥在受力上的要受弯剪作用，轴力很小；而组合桁梁腹杆受到较大的与桥面板间的水平剪力较大。因而，组合桁梁桥在节点水平剪力作用，即由截面剪力与腹杆轴力各自产生的集布置焊钉连接件。合桁梁桥截面有两种发展形式，即不使用上弦杆，腹杆下弦杆都不使用，腹杆直接与混凝土上、下翼板结合。弦杆承受压力，钢杆件受压不利，而用混凝土桥面板代凝土桥面板的抗压性能。腹杆直接与混凝土翼板结合的特性，它是由混凝土箱梁结构发展而来的，通过使用钢混凝土箱梁受力性能的目的，为此称为桁腹式组合梁桥

兰州交通大学硕士学位论文，经常出现各种各样的裂缝，严重地影响了承载性能及提出用钢板与混凝土翼板结合的组合梁截面形式，首先腹板的箱梁构造，但是在施加纵向预应力时平钢腹板发生局部屈曲必须焊接纵向加劲肋。为解决采用平钢腹用弯折形状的薄壁钢腹板来代替混凝土腹板。梁用折形钢腹板替代混凝土腹板的主要优势，是使自重板在纵桥向刚度较小，能提高施加预应力的效率，并使约束，减小徐变、干燥收缩、温差等的影响；利用波折有很高的抗剪强度；箱梁腹板制作可以实现工厂化，并等特点。
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本文编号：2846267