钢-UHPC组合结构中PBL剪力键力学行为研究

发布时间：2020-10-23 21:43

　　 钢-UHPC组合结构是通过剪力连接件将钢构件和超高性能混凝土(UHPC)构件结合在一起协同受力的新型结构,相对于传统的组合结构,UHPC的应用可以提高构件整体的延性、刚度,延缓裂缝的扩展,对结构寿命的提升具有积极的作用。而在钢-混组合结构中,保证界面之间的连接性能至关重要,开孔钢板连接件(PBL剪力键)由于具有较高的的承载力和良好的疲劳性能,因而在桥梁中的关键部位都得到了广泛应用。本文首先介绍了组合结构、UHPC和PBL剪力键的发展历程和发展现状,随后设计制作了12个HSSFC和12个UHPC推出试件,探索PBL剪力键的破坏形态、破坏机理、荷载-滑移曲线特征等,主要工作包括以下几点内容:(1)通过推出试验研究了混凝土强度、贯穿钢筋直径、孔洞个数对PBL剪力键静力性能的影响,研究表明混凝土强度对静力性能的提升具有显著影响,而贯穿钢筋直径的影响趋势会随混凝土强度等级的变化而变化。(2)对推出试验中PBL剪力键荷载-滑移曲线特征进行了详细分析,阐明了剪力键荷载-滑移曲线中各阶段的受力特征,同时基于EC4规范计算推导出各组试件的抗剪刚度、延性指标和极限承载力计算公式,通过与试验结果对比表明吻合较好。(3)从荷载-滑移曲线各阶段的受力特征出发,结合极限承载力的影响因素,利用MATLAB拟合出HSSFC试件的量纲化全曲线计算公式;根据弹性地基梁理论,再结合Euler-Bernoulli理论和Timoshenko梁理论从UHPC试件的抗剪刚度出发,给出此类试件的全曲线计算公式,通过与试验结果对比表明这两种公式计算精度较高。(4)收集了近年来国内外各学者关于PBL推出试验的试验数据,通过与本文的试验数据进行横向和纵向对比分析了混凝土强度、开孔孔洞直径、贯穿钢筋直径、开孔钢板厚度、配筋率对PBL剪力键静力性能的影响程度。(5)介绍了有限元的非线性理论和有限元建模的概况,利用ABAQUS对模型进行计算分析,通过应力云图和荷载-滑移的对比分析可知有限元计算结果较为理想,与实际情况相符。
【学位单位】：南京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U441
【部分图文】：

.2 国内外研究现状.2.1 钢-混组合桥梁结构研究现状钢-混凝土组合桥梁是指同一截面不同材料的狭义组合，通过合理的力学分配原理，钢材与混凝土各自材料性能优势最大化的一种新型桥梁结构。目前钢-混凝土组合桥梁要包括钢梁-混凝土板组合梁、钢腹板-混凝土组合梁、钢管混凝土组合梁等[1]。钢-混凝组合桥梁具有自重轻、地震作用小、结构延性高、造价低等优点，同时相对于纯钢桥梁，还可以提高刚度，减少结构在活载作用下的变形[2]，因此在现阶段的桥梁建设，尤其是跨度桥梁中得到广泛应用。其中钢梁-混凝土板组合梁发展时间最早，现阶段应用也最广泛。钢腹板组合桥梁目前主要为波纹钢腹板组合桥梁，其采用波形钢代替传统加劲肋的钢腹板，以至于提高钢板的屈曲和剪切强度，并可以显著减小腹板厚度，同时不需要额布置加劲肋[3]。聂建国[3][4]、刘保东[5]、JohnPapangelis[6]、MoussaLeblouba[7]等学者就波钢腹板的剪切强度、疲劳性能、挠度变形等进行了一系列研究，并取得了可观的成果。珠澳大桥珠海连接线上的前山河特大桥、山东鄄城黄河公路特大桥、泰州大桥和南京滁大桥引桥等都采用波形钢腹板作为桥梁的上部结构。

.2 国内外研究现状.2.1 钢-混组合桥梁结构研究现状钢-混凝土组合桥梁是指同一截面不同材料的狭义组合，通过合理的力学分配原理，钢材与混凝土各自材料性能优势最大化的一种新型桥梁结构。目前钢-混凝土组合桥梁要包括钢梁-混凝土板组合梁、钢腹板-混凝土组合梁、钢管混凝土组合梁等[1]。钢-混凝组合桥梁具有自重轻、地震作用小、结构延性高、造价低等优点，同时相对于纯钢桥梁，还可以提高刚度，减少结构在活载作用下的变形[2]，因此在现阶段的桥梁建设，尤其是跨度桥梁中得到广泛应用。其中钢梁-混凝土板组合梁发展时间最早，现阶段应用也最广泛。钢腹板组合桥梁目前主要为波纹钢腹板组合桥梁，其采用波形钢代替传统加劲肋的钢腹板，以至于提高钢板的屈曲和剪切强度，并可以显著减小腹板厚度，同时不需要额布置加劲肋[3]。聂建国[3][4]、刘保东[5]、JohnPapangelis[6]、MoussaLeblouba[7]等学者就波钢腹板的剪切强度、疲劳性能、挠度变形等进行了一系列研究，并取得了可观的成果。珠澳大桥珠海连接线上的前山河特大桥、山东鄄城黄河公路特大桥、泰州大桥和南京滁大桥引桥等都采用波形钢腹板作为桥梁的上部结构。

即钢管代替混凝土箱梁的底板和腹板，由于桁得到充分利用，并极大的减轻结构自重[9]，在求，如德国的内森巴赫桥[10]、南京绕城高速江缺陷也较为突出，主要体现在节点处的刚度与因而在某些方面限制了其发展。刘永健[9]、陈进行了系统研究，指出了节点处的受力机理、
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本文编号：2853576