车辆荷载作用下压型钢板—混凝土组合桥面板受力特性和疲劳性能研究

发布时间：2020-05-19 06:26

【摘要】：混凝土组合压型钢板-板由于其便于施工、结构美观等众多优势备受学者关注,在钢-混凝土组合桥梁中得到广泛应用。研究其力学特性和疲劳性能是大量推广这种新型组合结构的必要前提。目前国内外针对这种组合板的研究大多集中于纵向剪切承载力方面,对于其粘结滑移机理、刚度计算等研究仅有少量文章涉及。关于其作为桥面板结构在车辆荷载反复作用下的疲劳设计方法并没有形成规范。本文为弥补这些研究的不足,对组合板的刚度计算进行了推导;对混凝土组合压型钢板-桥面板的疲劳验算方法进行了讨论;并针对实例桥梁进行了分析,给出了改善其疲劳性能的措施。针对组合界面的粘结滑移对组合板受力特性的影响,对组合板的变形与内力分量进行了理论推导,并使用MATLAB编程求解。跨中挠度与端部滑移量计算结果与试验吻合较好。受力特性分析发现,增大组合界面抗剪刚度或设置端部栓钉可以有效提高组合板刚度,但对于具有良好粘结作用的组合板这种提高程度大大降低。为分析车辆荷载作用下混凝土组合压型钢板-桥面板的疲劳性能,建立了苏丹喀士穆阿尔发亚桥全桥有限元模型,采用国内外标准疲劳车作为车辆荷载,计算并分析了组合桥面板界面剪应力幅值。对国内外钢-混凝土组合桥梁疲劳设计规范进行了综述,结合文献的疲劳试验研究,开展了组合板疲劳设计方法的研究。基于此,对实桥进行了疲劳验算,计算结果表明,苏丹喀士穆阿尔发亚桥的桥面板疲劳性能不能满足设计要求,桥梁使用寿命期内组合界面的抗剪切性能会明显退化,从而产生疲劳破坏。鉴于此,对该桥面板开展了参数分析,参数变化包括压型钢板厚度、压型钢板截面几何形状、混凝土强度等级、混凝土板厚度,最后给出了减小疲劳荷载对其影响的措施。计算分析表明,压型钢板厚度、截面几何形状对板端界面剪应力幅值影响较大;混凝土强度等级对组合板疲劳性能影响较小。
【图文】：

压型钢板,类型

国务院相继推出了若干文件（国发[2013]41 号、国发[2016]6 号），以此大力支持和推广钢铁技术的发展，并为化解过剩的产能提供指导意见。在此背景下，反观我国桥梁的建设情况，截止到 2016 年底，我国已建造的公路桥梁80.53 万座[1]；数目巨大，但发展却很不均衡，其中钢结构以及钢-混凝土组合结构桥梁的份额还不满 0.5%，与钢筋混凝土桥梁相比几乎可忽略，在一些相对发达的国家，其中日本总量 13 万座的桥梁里钢桥有 5.33 万座，份额高达 41%；美国总量 60 万座桥梁里钢桥有 21 万座，份额也有 35%；尤其是法国钢及钢-混凝土组合桥梁份额竟超过六分之五[2]。由此可见，无论是从国家发展战略还是和发达国家对比的角度来说，我国的钢结构和钢-混凝土组合结构桥梁比例都亟待提高。鉴于以上背景，压型钢板- 混凝土组合桥面板有很大潜力应用于相关领域，前景光明。所谓压型钢板，是指利用辊压机将钢板压制成所需形状的钢板。钢板按照被辊压过的形状进行分类，大致能分成开口型、闭口型以及缩口型压型钢板（图 1-1）。其中国外大量使用的开口型压型钢板，由于造型特点，国外文献上又多称之为梯形钢板或者是瓦楞钢板[3]。

平衡图,组合板,压型钢板,混凝土

图 2-1 微单元体平衡图压型钢板混凝土组合板中任取一微单元体，如图 2.1所示，建立微分平VvZdxdMdxdMCS V——组合板横截面竖向剪力，CSV V V。基本假定（2）可得，，压型钢板- 混凝土组合板曲率为，22dxdyEIMEIMCCCSSS 因而，VvxZdxdyEIS()330 ——混凝土和钢板抗弯刚度之和，SSSCCE I EI EI0。再根据假设（1）可得，ZdsxKdyEI () 4
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441

【参考文献】