波形钢腹板PC组合箱梁抗扭性能的理论与试验分析

发布时间：2017-06-21 00:01

  本文关键词：波形钢腹板PC组合箱梁抗扭性能的理论与试验分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：波形钢腹板PC组合箱梁是以波形钢腹板代替混凝土腹板而形成的新型组合结构,近些年在我国桥梁工程的建设中得到广泛应用。由于波形钢腹板代替混凝土成为腹板后,其腹板厚度明显降低,从而导致其抗扭刚度明显小于混凝土腹板。本文主要研究波形钢腹板组合箱梁的抗纯扭性能,主要工作如下：(1)设计并制作了3根模型梁,用于单调纯扭作用试验,探究波形钢腹板组合箱梁在纯扭作用下,箱梁整体的破坏形态、箱梁的扭矩-扭率曲线、混凝土板的裂缝开展形态。试验结果表明,波形钢腹板组合箱梁在纯扭作用下,破坏形式均表现为材料受剪破坏；所有混凝土表面裂缝与梁纵轴线夹角基本呈45。,组合箱梁最终破坏时表现为空间螺旋形,沿纵轴向分布均匀。组合箱梁最后丧失承载力是由于初始主裂缝的不断扩展导致的,而不是由次生裂缝导致的。波形钢腹板组合箱梁在波形钢腹板屈服后,还可以继续承担外加扭矩,其极限扭矩大于屈服扭矩。(2)采用空间有限元分析的方法(FEA),考虑材料的非线性,建立试验梁的有限元模型,并将有限元计算值与试验结果进行对比。结果表明,在合理选取材料力学参数和单元类型的基础上,可通过建立有限元模型分析波形钢腹板组合箱梁在纯扭作用下的力学性能,计算所得抗扭极限承载力与试验值较为接近,验证有限元模型的准确性。并对有限元模型进行参数化分析,结果表明,混凝土强度、钢腹板厚度、配筋量及腹板倾斜角度等增加会提高组合箱梁抗扭极限承载力,但各个参数影响程度不同。分析了波形钢腹板在纯扭作用下剪应力沿截面高度方向分布规律。直腹式波形钢腹板组合箱梁在纯扭作用下,钢腹板接近处于纯剪应力状态。(3)为了对比腹板形式不同对箱梁抗扭承载力的影响,通过分别建立波形钢腹板组合箱梁、平钢腹板组合箱梁以及传统混凝土箱梁有限元计算模型,结果表明,传统混凝土箱梁抗扭承载力优于波形钢腹板组合箱梁,而平钢腹板抗扭承载力与波形钢腹板较为接近。(4)通过总结和分析了前文试验结果和有限元计算结果,针对波形钢腹板组合箱梁屈服后还能继续承载的试验现象,进行了理论分析。利用既有试验结果,对既有波形钢腹板组合箱梁抗纯扭承载力计算公式进行了验证,并进行了修正；针对设计实例,给出了组合箱梁抗扭配筋设计的计算过程。
【关键词】：波形钢腹板 组合箱梁 抗扭承载力 纯扭作用
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U448.216
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 波形钢腹板组合梁桥的发展概况及特点10-17
• 1.1.1 波形钢腹板组合箱梁桥发展概况10-15
• 1.1.2 波形钢腹板组合梁桥特点15-17
• 1.2 国内外研究现状17-21
• 1.2.1 钢筋混凝土梁扭转研究概况17-18
• 1.2.2 钢-混凝土组合梁扭转研究概况18-19
• 1.2.3 波形钢腹板PC组合箱梁扭转研究概况19-21
• 1.3 研究内容及技术路线21-22
• 第二章 波形钢腹板PC组合箱梁抗扭性能试验研究22-40
• 2.1 试验设计22-33
• 2.1.1 试验梁设计22-23
• 2.1.2 试验梁材料性能23-25
• 2.1.3 试验梁制作25-28
• 2.1.4 试验梁测量装置28-30
• 2.1.5 试验梁加载装置30-33
• 2.2 试验结果与分析33-39
• 2.2.1 扭矩-扭率曲线33-34
• 2.2.2 裂纹萌生与扩展34-36
• 2.2.3 钢腹板剪应变36-37
• 2.2.4 混凝土剪应变37-38
• 2.2.5 钢筋应变38-39
• 2.3 本章小结39-40
• 第三章 波形钢腹板PC组合箱梁抗扭性能有限元分析40-56
• 3.1 有限元模型建立40-45
• 3.1.1 单元类型40
• 3.1.2 材料模型40-43
• 3.1.3 网格划分43-44
• 3.1.4 边界条件及加载方式44
• 3.1.5 求解与结果后处理44-45
• 3.2 计算结果分析45-50
• 3.2.1 试件变形45
• 3.2.2 扭矩-扭率曲线45-46
• 3.2.3 波形钢腹板应力46-50
• 3.3 参数化分析50-53
• 3.3.1 混凝土强度的影响50-51
• 3.3.2 钢腹板厚度的影响51
• 3.3.3 配筋量的影响51-52
• 3.3.4 腹板倾角的影响52-53
• 3.4 腹板形式对箱梁抗扭承载力的影响53-55
• 3.5 本章小结55-56
• 第四章 波形钢腹板PC组合箱梁抗纯扭承载力计算方法56-68
• 4.1 抗扭机理分析56-57
• 4.2 设计计算公式57-66
• 4.2.1 公式推导57-63
• 4.2.2 算例63-66
• 4.3 本章小结66-68
• 第五章 总结与展望68-70
• 5.1 总结68
• 5.2 展望68-70
• 致谢70-72
• 参考文献72-76
• 作者简介76

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