钢—混凝土组合箱梁界面耦合作用机理研究

发布时间：2017-04-17 11:18

  本文关键词：钢—混凝土组合箱梁界面耦合作用机理研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：钢-混凝土组合梁桥由钢主梁、混凝土桥面板和剪力钉组成,由于组合结构充分发挥了混凝土抗压强度高且避免了钢材受压易屈服的问题而广泛应用于工程实践。本文详细阐述了钢混组合梁的结构形式,叙述了剪力钉目前的理论、试验和数值模拟研究状况,剪力钉的抗剪刚度和抗拉刚度的计算方法和设计理论。剪力钉是钢混组合梁共同作用的关键部件,其性能直接关系到钢-混凝土组合梁的承载能力和工作性能。由于剪力钉是柔性剪力连接件,在荷载作用下将产生滑移应变和竖向拉压应变,宏观上表现为滑移和掀起。由于滑移效应和掀起效应会降低桥梁承载力,增大桥梁挠度,降低组合梁的使用寿命,且界面滑移效应与掀起效应之间相互耦合,使该问题更加复杂化。以往相关文献大多数只是研究滑移或者掀起效应,很少研究二者之间的耦合作用。本文主要借助数值模拟方法研究钢-混组合梁界面滑移效应与掀起效应之间的影响,研究的主要内容如下:(1)根据推出试验得到剪力钉的荷载-滑移曲线,用于ANSYS软件定义剪力钉弹簧单元荷载-变形曲线,进行组合梁界面耦合分析。(2)比较不同形式荷载作用下简支与连续组合梁的界面滑移效应。(3)分析剪力钉全桥均匀布置和分段均匀布置时组合梁界面滑移效应。(4)比较偏心荷载作用下简支与连续组合梁的界面掀起效应。(5)研究简支组合梁梁端滑移效应与掀起效应之间的耦合机理。(6)研究滑移对连续组合梁掀起的耦合效应,并分析连续梁梁端和中间支座处界面的掀起效应。(7)建立港珠澳大桥施工阶段模型,分析体系转换、顶落梁施工工艺对界面滑移和掀起效应的耦合影响。主要结论如下:(1)推出试验剪力钉受拉侧与周围混凝土脱空,范围为剪力钉根部上表面和中部下表面。剪力钉承载能力为114.46k N,中国建筑钢结构规范计算值116.12k N,两者相差1.4%。(2)随着剪力钉抗剪刚度的增加,滑移逐渐减小,最大值在梁端截面。剪力分布越均匀,梁端滑移越小。分段布置剪力钉可以减小梁端滑移。(3)跨中偏心荷载作用下,随着剪力钉抗拉刚度的增加远侧界面由拉到压,近侧界面受压轻微减弱;纵桥向近侧梁端及中间支座附近受压范围增大,远侧受拉减弱。组合梁横、纵向组合程度提高。(4)界面受拉脱空增大滑移效应,界面受压减小滑移效应;滑移效应的存在增大掀起效应。(5)顶落梁工艺对港珠澳大桥滑移起着消峰作用;对掀起起着转移峰值的作用。施工过程中掀起效应对滑移的影响可以忽略不计。
【关键词】：组合梁 剪力钉 滑移效应 掀起效应 耦合
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 绪论11-15
• 1.1 概述11
• 1.2 组合结构桥梁的分类11-13
• 1.3 剪力钉的研究方法13-14
• 1.3.1 剪力钉的试验及理论研究13
• 1.3.2 剪力钉的数值模拟13-14
• 1.4 本文的主要研究工作14-15
• 第二章 剪力钉受力机理分析15-25
• 2.1 概述15-16
• 2.2 剪力钉的基本要求16
• 2.2.1 剪力钉的构造要求16
• 2.2.2 剪力钉的材性要求16
• 2.3 剪力钉极限抗剪承载力的计算方法16-19
• 2.4 剪力钉抗拉承载力计算方法19
• 2.5 剪力钉的布置方式理论19-22
• 2.5.1 剪力钉的弹性设计方法19-20
• 2.5.2 剪力钉的塑性设计方法20-22
• 2.6 剪力钉数值模拟方法22
• 2.7 剪力钉的工作性能22-23
• 2.7.1 钢筋混凝土界面受剪的破坏分析22-23
• 2.7.2 剪力钉的受力机理23
• 2.7.3 剪力钉的破坏机理23
• 2.8 本章小结23-25
• 第三章 剪力钉极限抗剪承载力分析25-39
• 3.1 推出试验介绍25
• 3.2 推出试验试件设计25-26
• 3.3 推出试验数值模拟26-27
• 3.4 模型采用的有限单元及其特性27
• 3.5 模型基本假定及材料特性27-28
• 3.5.1 基本假定27-28
• 3.5.2 材料特性28
• 3.6 ANSYS有限元模型建模过程28-31
• 3.7 有限元计算结果分析31-38
• 3.8 本章小结38-39
• 第四章 组合梁界面滑移效应分析39-55
• 4.1 简支组合梁界面滑移分析39-44
• 4.1.1 简支组合梁界面滑移计算模型简介39
• 4.1.2 计算剪力钉的数量39-41
• 4.1.3 简支梁均布对称荷载下界面滑移分析41-43
• 4.1.4 简支梁集中对称荷载下界面滑移分析43-44
• 4.1.5 简支梁非对称荷载下界面滑移分析44
• 4.2 连续组合梁界面滑移分析44-48
• 4.2.1 连续组合梁对称荷载下界面滑移分布45-47
• 4.2.2 连续组合梁非对称荷载下界面滑移分布47-48
• 4.3 简支、连续组合梁滑移对比分析48-50
• 4.3.1 简支、连续组合梁在对称均布荷载下的滑移对比48-49
• 4.3.2 简支、连续组合梁在非对称荷载下的滑移对比49-50
• 4.4 剪力钉布置形式对滑移的影响分析50-54
• 4.4.1 剪力钉均匀分布50-52
• 4.4.2 剪力钉分段均匀布置52-53
• 4.4.3 剪力钉均匀分布与分段均匀布置界面滑移对比分析53-54
• 4.5 本章小结54-55
• 第五章 组合梁界面掀起效应分析55-77
• 5.1 简支、连续组合梁掀起分析55-63
• 5.1.1 简支组合梁界面掀起分析55-58
• 5.1.2 连续组合梁掀起效应分析58-61
• 5.1.3 简支组合梁与连续组合梁掀起分析对比61-63
• 5.2 简支、连续组合梁滑移、掀起效应的耦合分析63-76
• 5.2.1 考虑滑移的简支组合梁梁端掀起效应分析63-75
• 5.2.2 连续组合梁中间支座处界面掀起效应分析75-76
• 5.3 本章小结76-77
• 第六章 钢-混凝土组合梁桥施工阶段的界面分析77-89
• 6.1 工程概况77-78
• 6.2 港珠澳大桥施工过程有限元模型建立78-80
• 6.2.1 组合连续梁桥空间精细化有限元模型78-80
• 6.2.2 港珠澳大桥施工工况划分80
• 6.3 组合梁施工过程界面行为分析80-86
• 6.3.1 组合梁界面滑移分析80-83
• 6.3.2 组合梁界面掀起分析83-86
• 6.4 掀起对组合梁滑移效应的影响分析86-88
• 6.5 本章小结88-89
• 第七章 结论与展望89-91
• 7.1 主要结论89-90
• 7.2 展望90-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-94
• 在学期间发表的论著及参与的实践项目94

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本文编号：313105