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原文传递大跨度铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段静力和疲劳性能研究

论文题名：	大跨度铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段静力和疲劳性能研究
关键词：	铁路混合梁斜拉桥;钢-混凝土结合段;静力行为;疲劳性能
摘要：	混合梁斜拉桥沿主梁纵向由钢和混凝土两种材料组成，一般主跨采用钢梁以增加其跨越能力，边跨或深入主跨一部分采用混凝土梁以增加刚度和增加自重平衡跨中荷载的作用。这种桥型充分发挥了混凝土和钢两种材料的力学性能，在大跨度桥梁领域得到了广泛的应用。钢-混结合段是混合梁斜拉桥的关键构造之一，是边跨和中跨两种梁体内力传递和变形协调的关键。目前，这种混合梁斜拉桥这种桥型主要被应用于公路桥梁，但在我国铁路桥梁中应用极少。相对于公路桥梁，铁路桥梁承受的活载比例更大，钢-混结合段的静力和疲劳性能更应得到关注。本文基于我国首座铁路混合梁斜拉桥-甬江大桥，对钢-混结合段的力学性能进行了研究分析，主要研究的内容和得到的成果如下: 　　1、通过对剪力钉和PBL剪力键设计并建立推出试验的有限元模型，分别对单枚剪力钉和单根PBL剪力键的受力特性、应力分布等进行了研究分析;通过剪力钉和PBL剪力键混合使用推出模型的有限元非线性模型，对剪力钉和PBL剪力键在布置在不同位置时的传力特性等进行了研究分析。　　2、通过对甬江大桥全桥进行有限元模型计算和基于关键部位应力等效的原则，设计并制作了钢-混结合段局部足尺试验模型，并对试验模型进行静力和疲劳荷载的加载。在静力模型试验中，对钢-混结合段进行了最不利荷载工况下的加载，研究了钢-混结合段的荷载分布、传力性能及剪力键受力分配，并分析了结合段各构件的轴力传递比。同时，对结合段建立了非线性和线性有限元分析模型，非线性有限元模型计算结果表明，钢梁和混凝土梁之间的摩擦力对轴力传递贡献较小;将线性有限元模型计算值与实测值进行对比，经分析表明有限元模型的计算值与模型试验的实测值有较好的吻合，说明有限元模型能较好的反映实际结构的受力状态。　　3、疲劳验证试验过程中，结合段整体应力水平较低，各测点的应力值基本保持不变，结构传力安全可靠，具有良好的疲劳性能;在疲劳破坏试验后，钢结构和剪力钉部分测点应力水平明显增大，结合段钢和混凝土之间出现粘结滑移现象，尤其在顶板位置，但结构整体稳定性良好，仍具有一定的疲劳安全储备。　　4、甬江大桥钢-混结合段采用剪力钉和PBL剪力键共同传剪的设计构造。在静力试验时，剪力钉和PBL剪力键在设计荷载作用下都处于线性受力状态，PBL剪力键应力水平较低，前排剪力钉应力水平较高，其余排剪力钉应力水平也十分低;在疲劳荷载作用下，受力较大的剪力钉进入的塑性状态，PBL剪力键应力水平有所增加但仍处于线性受力状态，剪力钉整体刚度降低，将部分剪力的传递分配给PBL剪力键。　　5、通过有限元方法对钢-混结合段的结构参数对结构传力的影响进行了研究分析，主要的结构参数包括承压板厚度、剪力钉的规格及布置间距、顶底板的板厚以及混凝土的强度;并对前排受力较大的剪力钉失效的情况进行了模拟，分析了结合段在前排剪力失效情况下传力性能的变化。　　6、在钢-混结合段模型试验及有限元分析的基础上，结合了剪力钉和PBL剪力键的非线性有限元模型分析，对类似于甬江大桥这种类型的钢-混结合段进行了优化设计，并对优化后的模型进行非线性有限元仿真分析，研究了剪力键、承压板、钢梁和混凝土各结构的受力状态。对钢-混结合段钢梁和混凝土梁之间的滑移对结构轴力传递的影响进行了计算研究。
作者：	周阳
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	蒲黔辉
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文