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原文传递混合梁斜拉桥高性能钢混结合段受力性能试验研究

论文题名：	混合梁斜拉桥高性能钢混结合段受力性能试验研究
关键词：	混合梁斜拉桥;钢混结合段;活性粉末混凝土;模型试验;力学性能
摘要：	混合梁斜拉桥主跨采用钢梁、边跨采用混凝土梁并在钢梁与混凝土梁间通过钢混结合段连接成整体。其具有跨越能力大、受力性能好等特点，在国内外桥梁工程中被广泛应用。钢混结合段作为钢梁和混凝土梁间的过渡段，不仅应保证主梁内力传递顺畅，同时还应具备良好的抗疲劳性和耐久性。以往采用普通混凝土灌注的钢混结合段，均存在不同程度的脱空、开裂和疲劳性能不足等问题，不利于结构受力。活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete，RPC）是一种强度高、耐久性优异的超高性能混凝土，采用其作为钢混结合段灌注材料，有望解决普通混凝土灌注时存在的问题。云南六库怒江二桥为主跨175m的独塔单索面混合梁斜拉桥，钢混结合段采用设置PBL（Perfobond rib connector）和焊钉的有格室后承压板构造，格室内灌注活性粉末混凝土 RPC。本文以该桥为背景，结合国家自然科学基金项目“基于高性能材料的特大跨径混凝土斜拉桥的结构性能”（51078134），通过模型试验、有限元分析和简化力学模型，对灌注 RPC的钢混结合段受力性能和计算方法进行研究，主要研究内容及成果如下：　　（1）通过66个剪力键模型试件的推出试验，研究了钢混结合段剪力键的受力性能，分析了混凝土类型等因素对剪力键抗剪特性的影响。结果表明：开孔板与混凝土间的粘结作用是PBL抗剪承载力的重要组成部分，采用C55、RPC（素RPC）和 RPCF（钢纤维 RPC）的有粘结 PBL承载力分别为对应无粘结 PBL的1.22倍、1.16倍和1.46倍。混凝土类型对PBL力学性能影响较大，采用RPC和RPCF取代C55后的PBL抗剪承载力分别增大了22％和73%。混凝土中钢纤维能增大PBL孔内混凝土榫的抗剪能力和钢板/混凝土间粘结–摩擦作用，同时PBL延性主要受贯穿钢筋变形能力控制，钢格室约束也增强了钢板/混凝土间的粘结作用。提出的PBL承载力公式物理意义明确，计算值与试验结果吻合良好，能较好的用于灌注普通混凝土或超高性能混凝土RPC的钢混结合段PBL承载力计算。　　（2）通过有限元软件对钢混结合段PBL键群和PBL-焊钉组合键群进行数值模拟，研究了剪力键排（层）数对键群受力性能的影响，并基于剪力键等效的分布弹簧模型，建立了 PBL键群的承载力计算表达式。结果表明：随着排（层）数增多，剪力键群的极限承载力和抗剪刚度有所增大，极限荷载对应滑移、单孔平均承载力和单孔平均刚度逐渐减小，同时键群的破坏形态由排（层）数较少时的孔内榫断裂转变为排（层）数较多时的钢板屈服或混凝土压碎。所提PBL键群承载力公式计算值与文献试验结果吻合良好，可较好地用于钢混结合段PBL键群抗剪承载力计算。　　（3）以怒江二桥为原型，按相似理论制作了灌注 RPC的钢混结合段1:3模型试件，研究了压弯、纯扭、压弯扭工况下结合段的受力性能，并结合有限元程序对影响钢混结合段力学性能的主要因素进行了分析。结果表明：采用RPC灌注的钢混结合段具有足够的强度和安全系数，RPC与钢格室结合紧密，能较好的满足结合段受力需求。钢混结合段截面应力主要由压弯作用控制，扭矩对结合段截面轴向应力影响有限。模型试件后承压板和剪力键群分别传递了约65%和35%的结合段轴向内力，且后承压板传递轴力随承压板厚度和格室高度的增大而增多，钢格室/混凝土间摩擦系数对结合段传力影响较小。　　（4）基于剪力键和承压板等效的分层弹簧模型，推导了考虑钢格室/混凝土间相对滑移和承压板面外剪切变形的钢混结合段力学表达式，通过与文献试验结果比较，讨论了相关力学分析方法的计算精度和适用范围，并给出了混合梁斜拉桥钢混结合段的设计流程。结果表明：基于刚性承压板的钢混结合段分析方法简便实用，可作为结合段承压板初始设计的依据，而考虑承压板剪切变形分析方法的计算结果与试验结果吻合较好，可用于钢混结合段格室内各构件的传力计算和结合段承载力验算。
作者：	贺绍华
专业：	土木工程
导师：	方志
授予学位：	博士
授予学位单位：	湖南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文