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原文传递大跨度波形钢腹板连续刚构桥受力特点及剪力键试验研究

论文题名：	大跨度波形钢腹板连续刚构桥受力特点及剪力键试验研究
关键词：	大跨度连续刚构桥;波形钢腹板箱梁结构;受力分析;剪力键
摘要：	波形钢腹板钢筋混凝土组合箱梁结构具有诸多优势，近些年来在国外得到了较快的发展，国内也有较多研究。国内外对波形钢腹板特性的研究结论主要通过数值分析、模型试验得到;对适用于大跨度波形钢腹板箱梁桥剪力键研究的针对性不强，或与其构造及受力特点不完全相同。以兰州北环小砂沟大桥为工程背景，对大跨度波形钢腹板箱梁桥的主要特性进行了理论研究，针对大跨度波形钢腹板箱梁桥剪力键的构造特点和受力特点，完成了13组共39个1∶1比例的剪力键模型试验，对大跨度波形钢腹板的剪力键特性进行了研究，主要内容如下: 　　1.通过波形钢腹板纵向刚度相等原理，推导了波形钢腹板的纵向等效厚度及等效弹性模量的计算方法，从理论上证明波形钢腹板所承担弯矩占全截面总弯矩的比例很小，可以忽略，在计算波形钢腹板箱梁的抗弯承载能力时，可仅考虑顶底板的作用，而不考虑波形钢腹板的作用;从理论上研究波形钢腹板的抗剪性能，证明钢腹板中的剪应力在钢腹板高度方向上基本相等，钢腹板基本为纯剪切受力状态;得出钢腹板所承担的剪力占总剪力比例规律的计算公式;在波形钢腹板箱梁结构中，顶底板要承受相当一部分的截面剪力，波形钢腹板所承担的剪力占总截面剪力的比例不超过85％。　　2.从理论上研究变高度波形钢腹板箱梁中梁高变化对波形钢腹板中剪应力的影响，并得出相应计算公式。当截面负弯矩增大且截面高度增加时，底板中的压力可抵消一部分截面剪力，反之，当截面负弯矩增大且截面高度降低时，底板中的压力将增加腹板中的剪力。　　3.研究滑移对波形钢腹板箱梁承载能力和挠度的影响，研究滑移产生附加弯矩和附加挠度的计算方法。　　4.将PBL剪力键的承载能力分为弹性承载能力和极限承载能力，对弹性承载能力附加滑移量约束后，成为具有实际工程意义的设计承载能力。通过剪力键模型试验，得出适用于大跨度波形钢腹板箱梁桥剪力键的主要特性: 　　(1) PBL剪力键具有良好的延性性能，在破坏前均有明显的屈服过程，滑移有较为明显的增长;具有较高的设计承载能力和极限承载能力，其极限承载能力明显大于设计承载能力，极限承载能力与设计承载能力之比大于2.0。　　(2)钢板开孔直径越大，PBL剪力键的设计承载能力和极限承载能力也越大;当开孔直径大到一定程度时，钢板的变形会成为滑移变形的主要因素，PBL剪力键的钢板成为控制因素，达到极限承载能力时，剪力键的破坏由钢板的破坏引起。　　(3)贯穿钢筋直径对PBL剪力键设计承载能力的影响很小;贯穿钢筋直径对PBL剪力键极限承载能力的影响较大，钢筋直径越大，极限承载能力越大。　　(4)钢板厚度对PBL剪力键的设计承载能力和极限承载能力均有较大影响，钢板厚度越大，其设计承载能力和极限承载能力均越大。　　(5)预拉应力能够减小PBL剪力键的设计承载能力和极限承载能力，尤其当横向拉应力达到混凝土抗拉强度时，其设计承载能力和极限承载能力的减小更为明显;预压应力能够提高PBL剪力键的设计承载能力和极限承载能力;预应力的影响在设计承载能力公式与极限承载能力公式计算中可单独考虑。　　(6)钢板开梯形孔的PBL剪力键由于开孔面积较大，其破坏形态、承载能力特点与开大直径圆孔PBL键的破坏形态、承载能力特点相似。　　(7)若在角钢连接键中没有配置垂直于受力方向的受力钢筋，则剪力键的延性性能较差，在破坏前屈服现象不明显，破坏前的滑移量为2mm左右，属于脆性破坏;在不配置钢筋时，单个角钢剪力连接件的极限承载能力代表值为1700kN。　　(8)将剪力键极限承载能力与设计承载能力之比作为剪力键的另一个延性指标Ⅱ，剪力键极限承载能力所对应的滑移量与0.2mm之比作为延性指标Ⅰ，延性指标Ⅱ较延性指标Ⅰ数值较小，更加稳定。　　(9)根据试验资料拟合PBL剪力键设计承载能力和极限承载能力的计算公式，该公式仅适用于波形钢腹板箱梁腹板与顶底板混凝土之间连接的PBL剪力键，该类剪力键只有一排开孔，该公式实在PBL剪力键的钢板高度为20cm，孔径60～90mm之间，贯穿钢筋直径16～25mm之间，钢板厚度20～24mm之间得出的，当这些参数超出这个范围太多时，该计算公式不再适用。　　(10)对模型试件进行有限元分析，将计算结果与试验结果对比分析表明，试件0.2mm滑移对应荷载的计算值试验值差异除配置预拉应力的试件外均较小，差异最大值为22.1％，试件极限承载能力的计算值与试验值除两个试件外均不大，差异最大值为22.6％。　　5.研究了兰州北环小砂沟大桥的构造特点和受力特性，证明小砂沟大桥受力合理。
作者：	宋随弟
专业：	市政工程
导师：	祝兵
授予学位：	博士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文