波形钢腹板—双管弦杆—混凝土板组合梁抗弯性能研究

论文摘要

波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁是由混凝土顶板、哑铃型钢管混凝土下弦通过波形钢腹板连接组成的新型组合梁。同波形钢腹板PC箱梁相比,由于采用钢管混凝土下弦代替混凝土底板,不但进一步减轻了主梁自重,提高了结构抗裂性和整体性,同时还有效提高了预应力效率；与钢管混凝土弦杆-混凝土桥面板组合桁梁相比,该新型组合梁避免了节点破坏问题,有助于提高结构承载力。作为提出的新型组合结构,需要进行相关的模型试验和应用基础研究。为此,本文进行了波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁的抗弯性能试验和试设计研究,主要工作和主要结论有以下几个方面：（1）对国内外波形钢腹板组合梁、钢管混凝土（桁架）组合梁和波形钢腹板-钢管混凝土组合梁等相关结构的应用及研究情况进行总结,为波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁的受力性能研究提供参考和依据。（2）进行波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁的抗弯性能试验,为这一新型组合结构的受力性能研究提供基础数据。试验结果表明,弹性阶段内,组合梁截面应变满足“拟平截面假定”；波形钢腹板主要承担剪力,也承受一定的纵向弯曲应变,但数值上明显小于下弦钢管；结构破坏时弯曲变形明显,具备较好的延性。（3）应用ABAQUS程序,建立了波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁的空间实体有限元模型。有限元计算结果与试验结果吻合良好,可利用该有限元模型进行组合梁的受力分析和参数分析。参数分析结果表明,负弯矩区下弦管内混凝土可大大提高下弦杆的抗压强度和刚度,有效降低钢管应力,提高结构承载力；正弯矩区管内混凝土可提高截面刚度；增大下弦钢管的壁厚可提高结构刚度和承载力；在保证组合梁不产生波形腹板局部屈曲的前提下,增大腹板厚度并不能有效提高组合梁的抗弯承载能力。（4）进行波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板连续梁桥试设计,并与钢腹杆-单管弦杆-混凝土板组合梁的干海子大桥进行了比较分析。结果表明,新型结构用波形钢腹板代替钢管腹杆,根本上消除节点问题,具备一定的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 钢-混凝土组合梁的工程应用
• 1.1.2 波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁的提出
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 波形钢腹板组合梁
• 1.2.2 钢管混凝土（桁架）组合梁
• 1.2.3 波形钢腹板-钢管混凝土组合梁
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板抗弯性能试验研究
• 2.1 波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁试验简介
• 2.1.1 干海子大桥模型试验简介
• 2.1.2 试验梁设计
• 2.1.3 试验梁制作
• 2.1.4 试验梁装置与试验方法
• 2.2 负弯矩测试区段试验结果分析
• 2.2.1 截面应变
• 2.2.2 波形钢腹板应变
• 2.2.3 负弯矩段混凝土桥面板裂缝
• 2.3 正弯矩测试区段试验结果分析
• 2.3.1 截面应变
• 2.3.2 波形钢腹板应变
• 2.3.3 正弯矩区加腋横向裂缝
• 2.4 总体受力分析
• 2.5 与干海子大桥试验模型的结果对比
• 2.5.1 抗弯刚度
• 2.5.2 负弯矩区段
• 2.5.3 正弯矩区段
• 2.6 本章小结
• 第三章 波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁有限元分析
• 3.1 组合梁有限元模型
• 3.1.1 实体有限元模型
• 3.1.2 材料本构关系
• 3.2 与试验结果的比较
• 3.2.1 截面应变
• 3.2.2 波形钢腹板纵向应变
• 3.2.3 荷载-挠度曲线
• 3.2.4 裂缝
• 3.3 波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板组合梁参数分析
• 3.3.1 下弦管内混凝土填充范围
• 3.3.2 下弦钢管壁厚
• 3.3.3 波形钢腹板厚度
• 3.4 本章小结
• 第四章 波形钢腹板-双管弦杆-混凝土板连续梁桥试设计
• 4.1 试设计
• 4.1.1 原设计——四川干海子大桥
• 4.1.2 总体布置及主梁结构尺寸
• 4.1.3 波形钢腹板与顶板连接构造
• 4.1.4 横隔板及支座构造
• 4.1.5 主梁施工方案
• 4.2 有限元模型及荷载组合
• 4.2.1 有限元模型
• 4.2.2 荷载组合
• 4.2.3 预应力筋的设计及预应力损失
• 4.3 主梁整体验算
• 4.3.1 正截面承载力验算
• 4.3.2 应力验算
• 4.3.3 抗裂性验算
• 4.3.4 主梁变形验算
• 4.4 波形钢腹板验算
• 4.4.1 剪应力验算
• 4.4.2 局部屈曲验算
• 4.4.3 整体屈曲验算
• 4.4.4 合成屈曲验算
• 4.5 连接件验算
• 4.5.1 波形钢腹板与顶板连接件验算
• 4.5.2 波形钢腹板与下弦管连接验算
• 4.6 与部分钢-混凝土组合梁的比较
• 4.6.1 与钢腹杆-单管弦杆-混凝土板组合梁的比较
• 4.6.2 与波形钢腹板混凝土箱梁比较
• 4.7 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士期间参与的科研实践工作