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原文传递埋入式PBL剪力键的承载力极限状态及极限承载力研究

论文题名：	埋入式PBL剪力键的承载力极限状态及极限承载力研究
关键词：	组合结构桥梁;剪力键;能量等效原理;极限承载力
摘要：	作为钢-混凝土组合结构桥梁中剪力键的一种重要形式，PBL剪力键在近年来获得了广泛的应用。现在的PBL剪力键主要有两种形式:一种剪力键的开孔钢板焊接在裸露钢梁上，且包裹剪力键的混凝土板较薄，即叠合梁中的PBL剪力键;另一种是开孔钢板与剪力键等结构被在大体积混凝土所包裹的埋入式PBL剪力键。目前关于叠合梁PBL剪力键的研究相对较为成熟，但已有研究表明埋入式PBL剪力键的力学行为与叠合梁中的PBL剪力键有显著差别。本文针对埋入式PBL剪力键的承载力极限状态及极限承载力的研究，主要完成了以下五个方面的工作: 　　(1)总结了现有PBL剪力键的试验研究及理论模型的研究。试验研究方面，众多学者进行了不同尺寸规格的PBL剪力键模型试验，因对承载力极限状态的评判标准不一，由此得出的极限承载力、极限滑移量等结果各不相同;理论模型方面，精细的有限元模型普遍存在计算效率低、收敛性差等问题，而简化等效模型则不能反映剪力键局部应力情况。以南京长江四桥主缆锚固系统试验为依托，详细介绍了部分典型试件的埋入式PBL剪力键的几何设计参数、规格，对试验结果进行分析和总结。　　(2)为准确模拟PBL剪力键中混凝土榫的力学行为，采用混凝土损伤塑性模型进行分析，并基于Sidoroff能量等效原理，将《GB50010-2010混凝土结构设计规范》中混凝土的本构关系联系起来，推导了混凝土损伤变量的取值方法。经与其他常用的几种损伤变量的取值方法对比可知，能量等效原理法对损伤变量的取值可靠，且计算简单、方便。　　(3)针对南京长江四桥主缆锚固系统试验中部分试件建立了精细的有限元模型，并基于通用有限元计算软件ABAQUS平台提供的静力通用分析、扩展有限单元法(XFEM)、虚拟裂纹闭合技术(VCCT)及拟静力分析分别进行求解。对比求解方法可知，XFEM和VCCT技术需以裂纹存在为前提，且对材料本构定义受限，计算收敛性差，无法很好模拟三维实体元的裂纹发展情况，采用显式动力求解的拟静力分析，引入子循环集成算法和ALE网格自适应技术可极大提高计算效率，但同时引入的质量缩放系数、材料阻尼系数等参数，使得计算结果部分失真且存在震荡，对比可知静力通用求解最为真实可靠，所得荷载-滑移关系等与试验数据吻合良好。　　(4)针对埋入式PBL剪力键承载力的影响因素进行分析，通过控制单一变量，建立了6组有限元模型计算分析，计算结果表明:钢板开孔直径、贯穿钢筋直径、混凝土轴心抗压强度、贯穿钢筋抗拉强度对PBL的力学行为影响较大;当开孔钢板的厚度满足构造要求时（开孔钢板厚度不小于贯穿钢筋直径），板厚的增加对PBL宏观的力学行为并没多大影响;剪力键附近区域（4倍开孔直径范围内）普通钢筋配置较少时，配筋率的变化同样不会影响剪力键的力学行为。　　(5)根据埋入式PBL剪力键的工程应用特点及荷载-滑移关系特点，将其承载力极限状态确定为剪力键屈服阶段之时，并以一个无量纲滑移量的取值确定了承载力极限状态;以该状态下得到的荷载值及相关影响因素分析，得到了极限承载力的计算公式，通过与试验实测值对比，该计算公式具有足够的工程精度;基于量纲分析，对荷载-滑移关系进行研究，将所有不同类型试件的荷载-滑移曲线数据无量纲化，并得到荷载-滑移曲线的计算表达式，计算曲线与试验数据对比可知，该计算公式具有足够精度。
作者：	孙文彪
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	夏嵩
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文