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原文传递带开孔钢板剪力连接件的钢—混凝土组合桥面板试验研究与理论分析

论文题名：	带开孔钢板剪力连接件的钢—混凝土组合桥面板试验研究与理论分析
关键词：	钢-混凝土组合桥面板;开孔钢板剪力连接件;模型试验;有限元;开裂弯矩;极限承载力;屈服线理论;数值模拟
摘要：	桥面板作为桥梁结构设计中的重要部分，其工作状态直接影响桥梁的整体工作性能。钢-混凝土组合桥面板是由钢底板和上层混凝土通过栓钉或开孔钢板等各种形式的剪力连接件结合而成的新型桥面板，在荷载作用下，能够充分利用钢材抗拉性能强与混凝土抗压性能强的优势，有效地实现大跨度桥面板的设计应用。但是对这种新型结构的研究才刚刚开始，理论体系尚未完善。本文基于理论分析、试验研究和数值模拟相结合的研究方法，对带开孔钢板剪力连接件的钢-混凝土组合桥面板开展了专项研究。内容主要包括以下五个部分: 　　论文的第一部分，在阅读大量国内外相关文献基础上，综述了钢-混凝土组合板的研究现状，找出了该领域研究的不足之处，提出了开展带开孔钢板剪力连接件的钢-混凝土组合桥面板静载试验的研究课题。　　论文的第二部分，完成了两类钢-混凝土组合桥面板的试验研究工作。第一是以开孔钢板剪力连接件的布置形式、组合板的厚度、贯穿钢筋的配筋率等为参数，设计完成了14块钢-混凝土单向组合板试件，并进行了在正负弯矩作用下的两点对称集中静力加载试验。第二是以钢底板厚度、开孔钢板间距、约束条件等为参数，完成了17块正交异性双向组合板试件在正反向中心集中荷载作用下的试验研究。两类试验着重考察了组合桥面板的破坏形态和变形能力、钢板与混凝土的应变发展情况及相对滑移量、开裂及裂缝发展情况和极限承载力。试验结果表明:单向组合板试件大部分发生弯曲破坏，少量试件为竖向剪切破坏或纵向剪切破坏;双向组合板试件大部分为弯曲冲切破坏，少量为剪切破坏。组合桥面板具有较高的承载能力，正向加载的试件在接近极限荷载时钢底板受拉屈曲，而承载力并未急剧下降，说明其具有良好的延性。　　论文的第三部分，采用通用有限元软件ABAQUS，建立了带开孔钢板剪力连接件的钢-混凝土组合桥面板受力加载全过程的三维非线性有限元仿真分析模型。混凝土采用塑性损伤模型，并考虑了钢与混凝土之间的界面接触模拟，有限元计算结果和试验结果吻合良好，成为试验研究的有力补充。　　论文的第四部分，在试验研究的基础上结合国内外相关规范的比较分析，对带开孔钢板剪力连接件的钢-混凝土单向组合板的力学性能进行了理论研究。考虑到受拉区混凝土在开裂时的塑性变形效应，建立了组合板在正负弯矩作用下开裂弯矩的计算模式，推导出抵抗矩塑性影响系数的计算方法和开裂弯矩的实用计算公式。此外采用简化塑性理论对钢-混凝土组合桥面板进行了抗弯承载力分析，给出了抗弯极限承载力的实用计算公式。最后针对刚度、裂缝等关键问题，给出了实用计算公式，为实际工程的设计和施工提供了参考。　　论文的第五部分，假设了三种屈服线分布模式:直线形、三角形和扇形模式，推导出按照屈服线理论来计算钢-混凝土双向组合桥面板的极限承载力的计算方法。并根据试验试件的破坏特征，提出了弯曲冲切破坏模式。该模式将按屈服线理论计算出的受弯承载力适当折减，按塑性理论建立斜截面抗冲切承载力适当简化，结合抗弯和抗冲切两方面因素，最终得到极限承载力计算公式。　　以上研究结果可为钢-混凝土组合桥面板的工程应用和进一步研究提供参考。
作者：	徐宙元
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	赵人达
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2013
正文语种：	中文