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原文传递钢-混凝土组合梁桥界面连接静力与疲劳性能试验研究

论文题名：	钢-混凝土组合梁桥界面连接静力与疲劳性能试验研究
关键词：	钢-混凝土组合梁桥;静力试验;疲劳性能;损伤程度
摘要：	钢-混凝土组合结构桥梁在城市立交等一些异形桥梁应用越来越广泛，这得益于该结构形式可采用便捷无支架施工方法，以及钢材在抵御复杂应力状态方面的突出优势。在役组合结构桥梁界面病害问题突出表现在两个方面:(1)连接件对桥面板应力集中作用，使混凝土桥面板产生沿连接件的纵横向局部裂缝;(2)由于水分从混凝土局部裂缝，或产生滑移的界面侵入，造成连接件或钢梁的腐蚀疲劳问题。针对这两个方面的病害问题，本文对群钉和单钉静力性能进行了对比试验研究，建议群钉承载力折减系数计算公式;进行了栓钉连接件不同部位初始损伤的推出试验，以模拟栓钉损伤程度对其静力性能带来的影响;进行损伤程度对栓钉连接件疲劳行为影响的试验研究。具体研究内容摘要如下: 　　(1)单调加载下组合梁界面连接抗剪性能的静力试验研究　　进行了11个静力推出试验，主要研究了栓钉构造长度与混凝土板厚比值、纵横向筋配筋率、不同直径、单钉与群钉等参数对连接件承载力和粘结滑移效应的影响。　　对于钉长分别为60mm、80mm、110mm的试验，钉长减小45％，界面抗剪承载力减小3％，抗剪刚度减小25％;短钉试件破坏时界面出现大面积混凝土剥落，其它试件破坏时断面齐整。可见，钉长在一定范围内变化时，抗剪承载力变化不明显，界面滑移刚度变化显著，破坏现象存在差异。据此，建议了“栓钉最小长度的双控标准”，即栓钉最小长度不小于4d径和0.4倍混凝土板厚。　　横向配筋率在变化幅度在20％或纵向配筋率减小37％时，界面承载力和刚度变化均在7％以内，破坏模式无变化;可见，在混凝土强度较高时，栓钉周围配筋对界面抗剪承载力和刚度影响均较小。　　栓杆面积变化31％，界面抗剪承载力和刚度变化34％和29％，可见，在试验条件下，栓钉承载力和刚度的变化基本与栓杆面积成比例关系。　　为研究群钉效应，进行了单面2钉、4钉、6钉对比推出试验，栓钉纵向间距为120和200mm时，单钉抗剪承载力变化17.6％、7.1％，刚度变化41.5％、27.9％。对国内外试验总结拟合得到群钉抗剪承载力的折减系数，对本文试件进行计算，与试验结果偏差在3％以内。　　(2)带初始损伤的组合梁界面连接抗剪性能试验研究　　考虑栓钉损伤程度、损伤位置以及混凝土预裂等因素，进行了7个静力推出试验，结果表明: 　　栓钉损伤程度为12.8％、36.6％、62.9％试验中，界面抗剪承载力变化1.2％、7.2％、36.6％，刚度变化2.9％、21.9％、40.5％。可见，在试验条件下，栓钉损伤30％时，其承载力折减不大;当损伤大于50％时，其抗剪承载力呈骤减趋势。对试验结果采用指数函数拟合，得到栓钉损伤程度与承载力关系函数，可用于对组合桥承载力评估。　　栓钉损伤距栓杆底部9mm、34mm及两处同时损伤时，界面抗剪承载力变化7.2％、1.2％、6.6％，刚度变化21.9％、2.3％、17％，破坏模式存在差异。可见栓钉损伤后承载力与其损伤位置有关，当损伤位置距栓钉底部超过0.5栓钉高度时，损伤对其承载力影响较小。　　本次预设混凝土横向和纵向裂缝试件，界面承载力和刚度变化均在5％以内，破坏模式无变化。　　(3)组合梁界面剪力连接疲劳试验研究　　进行了4个推出试件的等幅疲劳试验，研究了栓钉预损伤、混凝土预裂等因素对界面疲劳性能的影响规律。结果表明:在本次试验条件下，栓钉焊接较好时疲劳寿命可达116万次，栓钉焊接质量不足时疲劳寿命只有54万次，降低50％以上;栓杆损伤程度63％试件疲劳寿命只有12万次，降低约90％，较其静力性能降低更为严重。建议在钢-混凝土组合梁桥设计和施工中，须保证栓钉材料质量，避免其初始缺陷，加强对混凝土板和钢梁的防腐和防侵蚀能力，以降低栓钉的损伤程度。　　(4)组合梁桥疲劳性能影响因素参数化分析　　基于数值计算模型，探讨了组合梁剪力连接度、组合梁跨度、钢梁高度、混凝土板厚度、混凝土强度等因素对组合梁疲劳性能的影响。计算结果表明:剪力连接度从0.68增加到1.9时，其疲劳性能仅提高16％，剪力连接度对组合梁的疲劳性能影响较小。建议钢-混凝土组合梁桥设计时，在满足静力承载的情况下，可采用部分连接组合梁，以方便施工，节约成本。
作者：	陈雷雷
专业：	建筑与土木工程
导师：	王景全;张建东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文