外包钢板混凝土悬索桥桥塔极限承载力研究

论文摘要

外包钢板混凝土结构是把钢板和混凝土通过连接件组合成为整体而共同发挥作用的一种新型结构。广州猎德大桥是新光快速路中跨越珠江的一座大型桥梁，其独特的桥塔设计是本桥亮点所在。其中有一种桥塔设计方案是塔身采用外包钢板混凝土结构。本文以此为研究对象，利用有限元软件ANSYS对外包钢板混凝土桥塔进行非线性有限元分析，通过计算机的模拟，对该种组合结构形式进行荷载—位移全过程分析和极限承载力的研究，揭示了钢板混凝土之间的力学特性。论文简要介绍了钢—混凝土组合结构的受力特点，回顾了国内外对钢—混凝土组合结构特性研究的现状，从而提出本文研究的思路及内容。论文对用栓钉剪力键连接的外包钢板混凝土桥塔从加载到最后破坏全过程进行了详细的分析；探讨了裂缝随荷载开展情况、结构荷载—位移关系、钢—混凝土接触面间的荷载—滑移关系。通过改变外包钢板厚度、剪力钉布置等参数以及将外包钢板混凝土桥塔和普通混凝土桥塔的性能进行比较来探究外包钢板混凝土桥塔结构特性。论文对用PBL剪力键连接的外包钢板混凝土桥塔从加载到最后破坏全过程进行了详细的分析：探讨了裂缝随荷载开展情况、结构荷载—位移关系、钢—混凝土接触面间的荷载—滑移关系。通过改变PBL剪力键的孔径、圆孔间距等参数来探究影响外包钢板混凝土桥塔结构特性的因素。通过对广州猎德大桥外包钢板混凝土桥塔结构力学特性的分析，得出了外包钢板混凝土结构比普通混凝土结构具有更大的极限承载能力、更高的抗变形能力和更好的延性等一些有意义的结论，这些结论对外包钢板混凝土结构的设计和检算具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 钢—混凝土组合结构的发展及研究现状
• 1.2.1 国外钢—混凝土组合结构
• 1.2.2 国内钢—混凝土组合结构
• 1.3 本文主要工作
• 第2章 理论基础
• 2.1 混凝土分析理论
• 2.1.1 混凝土的本构模型
• 2.1.2 混凝土的破坏准则
• 2.1.3 混凝土裂缝的模拟
• 2.2 钢板的本构模型
• 2.3 剪力键的类型及受力特性
• 2.2.1 剪力键的作用
• 2.2.2 剪力键的类型
• 2.2.3 剪力键的受力状态及破坏形态
• 2.4 本章小结
• 第3章 栓钉剪力键连接的外包钢板混凝土桥塔极限承载力研究
• 3.1 广州猎德大桥简介
• 3.1.1 桥位的总体布置
• 3.1.2 构造特点
• 3.2 结构有限元模型的建立
• 3.2.1 单元的选取
• 3.2.2 材料的本构关系
• 3.2.3 有限元模型的建立
• 3.3 分析方法及计算过程
• 3.4 计算结果的探讨
• 3.4.1 极限承载力全过程分析
• 3.4.2 混凝土裂缝随荷载开展情况
• 3.4.3 结构荷载—位移关系
• 3.4.4 钢—混凝土接触面间的荷载—滑移关系
• 3.5 各种因素对极限承载力影响的研究
• 3.5.1 钢板的厚度对极限承载力的影响
• 3.5.2 剪力钉的布置对极限承载力的影响
• 3.6 不加钢板的普通混凝土桥塔极限承载力研究
• 3.6.1 普通混凝土桥塔极限承载力的分析过程及计算结果
• 3.6.2 普通混凝土桥塔与外包钢板混凝土桥塔的性能比较
• 3.7 本章小节
• 第4章 PBL剪力键连接的外包钢板混凝土桥塔极限承载力研究
• 4.1 PBL剪力键的特点及力学特性
• 4.1.1 PBL剪力键的特点
• 4.1.2 PBL剪力键的力学特性
• 4.2 结构有限元模型的建立
• 4.2.1 单元的选取和材料的本构关系
• 4.2.2 有限元模型的建立
• 4.3 计算结果的探讨
• 4.3.1 极限承载力全过程分析
• 4.3.2 混凝土裂缝随荷载开展情况
• 4.3.3 结构荷载—位移关系
• 4.3.4 钢—混凝土接触面间的荷载—滑移关系
• 4.4 各种因素对极限承载力影响的研究
• 4.4.1 开孔钢板的孔径对极限承载力的影响
• 4.4.2 开孔钢板的圆孔间距对极限承载力的影响
• 4.5 三种不同结构体系的性能比较
• 4.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文