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伴随着组合结构技术的快速进步,在大跨径桥梁中钢—混凝土组合箱梁结构成为发展趋势;经典的组合箱梁是将开口钢箱和混凝土顶板通过不同类型的剪力连接形成整体,但通常混凝土桥面板比较厚重,如果混凝土桥面板采用组合板形式则可以减轻桥面自重,或者提高组合梁的正常使用性能和极限承载能力;探索此类双重组合结构桥梁的抗弯性能,显然具有重要的理论意义和工程实用价值。
本文的主要工作包括:(1)共设计了6个组合箱梁试件,即CBG1,CBG3,CBG4,CBG5和CBG6(两跨连续梁)和CBG2(简支梁);并进行了采用四点弯曲试验。(2)建立六个钢-混凝土组合箱梁的非线性有限元模型,并进行了数值分析分析。(3)采用包含CBG3的基本参数的FE模型,进行参数影响分析,考察钢筋厚度、钢筋混凝土板厚、钢材等级以及板梁刚度比等参数对连续组合箱梁抗弯性能的影响。(4)在静力试验和非线性有限元分析的基础上,结合全剪力连接建立了钢—混凝土组合箱梁抗弯承载力简化计算模型,并对所提出的模型与极限塑性理论进行了比较。
获得主要结论如下:
(1)试验研究发现,钢—混凝土连续组合箱梁在初始受荷阶段表现出良好的弹性,在钢箱梁底板屈服后表现出弹塑性行为;值得注意的是,通过使用组合板而不是普通的钢筋混凝土板,混凝土中的裂缝形成和扩展显著减少;此外,混凝土施加预应力和组合作用在负弯矩区域的综合作用可以有效地改善裂缝分布。
(2)基于ABAQUS建立了钢—混凝土组合箱梁的有限元模型,能够较为准确地精确地预测弹性、弹塑性和塑性极限行为;组合板中钢板的存在可以使受拉区混凝土应变分布更加均匀,数值模拟表明混凝土力学性能得到了改善。
(3)参数分析表明:钢筋厚度、钢筋混凝土深度和钢材等级对极限承载力的影响较大;随着混凝土板与钢箱梁的刚度比从最初设计/构造的值减小,结构的延性增加,建议采取全剪切连接,就可以改善组合板与钢箱梁的刚度比。
(4)提出了钢—混凝土组合箱梁抗弯承载力的简化计算方法,结果表明:对于全剪力设计,弹性极限承载力和塑性极限承载力的计算值和试验结果彼此接近。在将剪力连接件的部分作用引入工程设计和应用之前,还需要进行进一步的研究。
本文的主要工作包括:(1)共设计了6个组合箱梁试件,即CBG1,CBG3,CBG4,CBG5和CBG6(两跨连续梁)和CBG2(简支梁);并进行了采用四点弯曲试验。(2)建立六个钢-混凝土组合箱梁的非线性有限元模型,并进行了数值分析分析。(3)采用包含CBG3的基本参数的FE模型,进行参数影响分析,考察钢筋厚度、钢筋混凝土板厚、钢材等级以及板梁刚度比等参数对连续组合箱梁抗弯性能的影响。(4)在静力试验和非线性有限元分析的基础上,结合全剪力连接建立了钢—混凝土组合箱梁抗弯承载力简化计算模型,并对所提出的模型与极限塑性理论进行了比较。
获得主要结论如下:
(1)试验研究发现,钢—混凝土连续组合箱梁在初始受荷阶段表现出良好的弹性,在钢箱梁底板屈服后表现出弹塑性行为;值得注意的是,通过使用组合板而不是普通的钢筋混凝土板,混凝土中的裂缝形成和扩展显著减少;此外,混凝土施加预应力和组合作用在负弯矩区域的综合作用可以有效地改善裂缝分布。
(2)基于ABAQUS建立了钢—混凝土组合箱梁的有限元模型,能够较为准确地精确地预测弹性、弹塑性和塑性极限行为;组合板中钢板的存在可以使受拉区混凝土应变分布更加均匀,数值模拟表明混凝土力学性能得到了改善。
(3)参数分析表明:钢筋厚度、钢筋混凝土深度和钢材等级对极限承载力的影响较大;随着混凝土板与钢箱梁的刚度比从最初设计/构造的值减小,结构的延性增加,建议采取全剪切连接,就可以改善组合板与钢箱梁的刚度比。
(4)提出了钢—混凝土组合箱梁抗弯承载力的简化计算方法,结果表明:对于全剪力设计,弹性极限承载力和塑性极限承载力的计算值和试验结果彼此接近。在将剪力连接件的部分作用引入工程设计和应用之前,还需要进行进一步的研究。