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弯扭复合作用下预应力波形钢腹板砼梁疲劳性能试验研究
| 论文题名： | 弯扭复合作用下预应力波形钢腹板砼梁疲劳性能试验研究 |
| 关键词： | 波形钢腹板砼组合梁桥;弯扭复合作用;损伤机理;疲劳性能 |
| 摘要： | 波形钢腹板组合梁是一种轻量化、经济实用的新型钢-混组合结构，在桥梁工程中得到了广泛应用，但波形钢腹板梁桥在长期服役过程中易出现车辆偏心荷载作用导致的弯扭疲劳问题。本文依托三峡库区奉建高速公路安全智能建造交通运输部科技示范工程，针对预应力波形钢腹板组合梁开展了弯扭复合作用下的疲劳性能试验研究，揭示了组合梁结构弯扭疲劳损伤机理，进一步研究了预应力波形钢腹板组合梁在弯扭复合作用下的疲劳寿命。本文主要工作和取得的结论如下： （1）通过预应力波形钢腹板组合梁在弯扭复合作用下的静力加载试验，研究了弯扭复合作用下波形钢腹板组合梁的静力性能，揭示了钢腹板、混凝土、预应力束的受力、变形规律与破坏模式，得到了弯扭组合作用下波形钢腹板开裂弯矩/扭矩、极限承载力。研究发现静力弯矩作用下波形钢腹板组合梁的破坏模式表现为：底板混凝土斜向 50°开裂、钢腹板扭转变形直至破坏。混凝土开裂弯矩/扭矩为4.04kN·m/2.01 kN·m，当弯矩/扭矩达到17.765 kN·m/6.47 kN·m时，模型梁达到极限承载力状态。 （2）通过预应力波形钢腹板组合梁在弯扭复合作用下的疲劳加载试验，研究了弯扭复合作用下波形钢腹板组合梁的疲劳性能，揭示了钢腹板、混凝土、预应力束的受力、变形规律与疲劳破坏模式，以及梁中心截面沿高度应变分布规律。研究发现波形钢腹板组合梁在常幅疲劳荷载谱作用下的底板混凝土裂缝发展分为成核、稳定扩展、贯穿、断裂四个阶段，在底板混凝土产生贯穿裂缝时波形钢腹板在跨中折叠角位置由于应力集中导致开裂、破坏。进一步提出了在钢腹板与翼缘板交接处增设加劲肋提高结构疲劳寿命的构造优化措施。 （3）通过 ABAQUS 有限元仿真，分析了弯扭复合作用下波形钢腹板组合梁的静力、疲劳性能，分析了不同荷载谱作用下波形钢腹板组合梁的最不利荷载点。研究发现有限元模型中开裂荷载和极限荷载与试验值偏差较小，破坏模式与试验结果相同。研究发现在波形钢腹板与下翼缘交接处、梁1/4处与上翼缘交接处出现了安全系数小于1的最不利荷载点。 （4）通过Fe-safe疲劳分析，揭示了钢腹板厚度、预应力束张拉力、混凝土抗压强度、钢筋抗拉强度对疲劳寿命和安全系数的影响规律，研究发现混凝土强度越大，结构疲劳寿命越长；波形钢腹板厚度在 5mm 以上时，疲劳寿命的贡献较大；普通钢筋屈服强度达到 400MPa 时，疲劳寿命增长较快；预应力束张拉力达到700MPa时，疲劳寿命最高且安全系数大于1。在上述结构参数敏感性分析基础上，提出了波形钢腹板组合梁的结构优化设计方案，为波形钢腹板组合梁桥设计提供了依据。 |
| 作者： | 向思杰 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 姚国文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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