详情

原文传递基于PSCC连接的装配式钢-砼组合梁受载性能试验研究

论文题名：	基于PSCC连接的装配式钢-砼组合梁受载性能试验研究
关键词：	桥梁工程;装配式钢-砼组合梁;预制钢筋混凝土连接;受载性能
摘要：	装配式和组合结构是世界桥梁发展的两大趋势，其中装配式钢-混组合梁更是桥梁工程中应用和研究的热点。本文依托国家自然科学基金面上项目“装配式组合梁后浇UHPC-栓钉连接体系腐蚀-疲劳耦合损伤机制研究”（52278147）、国家自然基金青年项目“基于模型-数据同化的耐候钢桥焊接节点腐蚀-疲劳耦合劣化特性研究”（52208182）、海南省科技厅重大科技计划项目“热带海岛装配式桥梁制造建造技术与研究”（ZDKJ2021048）和西藏自治区重点研发计划“西藏地区新型装配式钢-砼组合梁桥研发”（XZ202001ZY0054G），对课题组提出的适用于工业化装配式PSCC（Prefabricated Steel-concrete Connection）连接的钢-混组合梁开展了试验和理论研究，主要研究工作如下：　　（1）针对常规装配式组合梁难以兼顾连接的可靠性和施工便利性等问题，提出PSCC连接的装配式钢-砼组合梁，即预制桥道板P与钢梁S通过灌注结合腔混凝土C连接C形成的钢-砼组合梁。主要制造装配工艺为：工厂制造下伸剪力连接钢筋的部件-工厂制造预埋连接件的混凝土桥面板-在钢梁上焊接栓钉及侧挡板形成结合腔-吊装桥道板在钢梁上就位-灌注结合腔 UHPC-形成整体的钢-砼组合梁。探索了优质、高效、环保的装配式钢-砼组合梁桥适于工业化制造途径。　　（2）为论证PSCC连接的组合梁受载性能的可靠性，设计并制作了两片PSCC组合梁和一片常规集束式栓钉连接的 NPSC 组合梁，开展了四点弯曲荷载作用下受载性能试验研究。结果表明，PSCC组合梁的力学性能优于常规栓钉组合梁，钢-UHPC界面的粘结力会增强连接效果；PSCC组合梁的荷载-位移曲线可以分为四个阶段：弹性阶段、界面裂缝发展阶段、弹塑性阶段和破坏阶段；预制桥道板接缝采用后浇UHPC接缝整体性更好，力学性能明显优于传统涂胶干接缝。　　（3）基于内聚力界面单元，建立了PSCC组合梁精细化数值模型，对组合梁进行了加载全过程受力分析，研究了栓钉间距、界面脱空、结合料强度对组合梁连接性能的影响。结果表明，钢-UHPC 界面在加载全过程中均参与抗剪，随着界面的开裂失效，承担剪力的比例逐渐下降；组合梁的承载力和刚度随栓钉的抗剪连接程度提高先增加，抗剪连接程度超过 85%之后趋于稳定；结合腔界面脱空会导致连接件提前进入屈服，对抗弯刚度影响较大；结合料强度高于100MPa时，对组合梁性能影响不大，强度低于100MPa时会使组合梁的抗弯刚度降低。　　（4）结合试验数据和数值模型，探讨了现行的极限抗弯承载力和挠度计算方法对PSCC连接的装配式钢-砼组合梁的适用性。结果表明，极限状态下应计入结合腔混凝土对承载力的贡献，按规范和修正公式可以准确的计算抗弯承载力和挠度。最后，开展了对依托工程的有限元分析，结果表明在4倍超载的情况下，该桥的连接件及总体结构的强度和刚度依然处于良好的工作状态，提取出弯矩及挠度与推荐公式计算值拟合良好。
作者：	余坤
专业：	土木工程
导师：	唐亮;邹杨
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023