论文部分内容阅读
钢板组合梁是由混凝土顶板和通过横向联结系连接的平行工字钢主梁系构成的开口截面组合结构，是组合梁桥常用的结构形式之一。因其构造简单，受力明确，便于预制施工与维修养护，耐久性优势突出，在中小跨径桥梁的结构比选中有很强的竞争力，具有实现“标准化设计”、“预制装配”、“快速施工”现代桥梁建设的潜力。钢板组合梁结构在国外的发展与应用中已较为成熟，而在我国由于研究起步较晚，目前在中小跨径桥梁中的应用并不常见，存有许多问题亟待解决。本文以一座中等跨径钢板组合梁桥为背景，分别从荷载横向分布、整体稳定性及负弯矩区受力性能三方面，对钢板组合梁桥的关键受力问题进行研究与探索。主要工作内容和研究成果如下：
(1)基于采用“两片组合梁成榀预制、整体吊装”施工的钢板组合梁桥，针对榀内、榀间横向联结系布置数量不等的情况，探究其荷载横向分布规律。采用数值仿真的方法建立有限元模型进行分析，并将结果与理论方法计算值对比，结果表明：理论方法计算的荷载横向分布系数较大，偏于安全。接着，通过数值仿真重点分析了横向联结数量及尺寸、主梁数量、桥面板厚度几方面参数对荷载横向分布规律的影响，分析结果可为钢板梁桥的设计施工提供理论参考。
(2)基于“先架设钢梁后铺设桥面板”的无支架施工钢板组合梁桥，以横向联结的数量和刚度为变量进行有限元分析，研究横向联结对平行钢梁系的整体稳定性的影响。结果表明：增加横向联结数量可大幅提高体系的整体稳定承载力，横向联结增加由2道至5道后，临界屈曲荷载系数增大了4倍以上；横向联结的数量比尺寸对平行梁系整体稳定的影响程度更大。
(3)为探究UHPC在结构连续组合梁负弯矩区的抗裂与抗弯性能，完成一根钢-UHPC组合梁的负弯矩静力加载试验，获得了试验梁从加载到破坏全过程的主要试验结果，并分析了试验梁的裂缝发展、抗裂性能及极限承载力。结果表明：裂缝宽度小于0.13mm时，荷载-最大裂缝宽度曲线近似直线；弹性分析方法计算得到的UHPC翼板开裂强度为48.7MPa，远大于实桥荷载作用下桥面板的最大拉应力；采用考虑UHPC抗拉强度的简化塑性理论分析方法计算试验梁的抗弯极限承载力，与试验值吻合良好；建立依托工程的有限元杆系模型分析得到组合梁桥桥面板拉应力的分布，建议UHPC在负弯矩区合理的铺设长度为0.15L~0.2L。
(1)基于采用“两片组合梁成榀预制、整体吊装”施工的钢板组合梁桥，针对榀内、榀间横向联结系布置数量不等的情况，探究其荷载横向分布规律。采用数值仿真的方法建立有限元模型进行分析，并将结果与理论方法计算值对比，结果表明：理论方法计算的荷载横向分布系数较大，偏于安全。接着，通过数值仿真重点分析了横向联结数量及尺寸、主梁数量、桥面板厚度几方面参数对荷载横向分布规律的影响，分析结果可为钢板梁桥的设计施工提供理论参考。
(2)基于“先架设钢梁后铺设桥面板”的无支架施工钢板组合梁桥，以横向联结的数量和刚度为变量进行有限元分析，研究横向联结对平行钢梁系的整体稳定性的影响。结果表明：增加横向联结数量可大幅提高体系的整体稳定承载力，横向联结增加由2道至5道后，临界屈曲荷载系数增大了4倍以上；横向联结的数量比尺寸对平行梁系整体稳定的影响程度更大。
(3)为探究UHPC在结构连续组合梁负弯矩区的抗裂与抗弯性能，完成一根钢-UHPC组合梁的负弯矩静力加载试验，获得了试验梁从加载到破坏全过程的主要试验结果，并分析了试验梁的裂缝发展、抗裂性能及极限承载力。结果表明：裂缝宽度小于0.13mm时，荷载-最大裂缝宽度曲线近似直线；弹性分析方法计算得到的UHPC翼板开裂强度为48.7MPa，远大于实桥荷载作用下桥面板的最大拉应力；采用考虑UHPC抗拉强度的简化塑性理论分析方法计算试验梁的抗弯极限承载力，与试验值吻合良好；建立依托工程的有限元杆系模型分析得到组合梁桥桥面板拉应力的分布，建议UHPC在负弯矩区合理的铺设长度为0.15L~0.2L。