空心板梁铰接缝模型实验研究

论文摘要

近年来,桥梁建设事业随着交通事业的发展,日益繁荣,特别是铰接空心板梁桥以其设计简单方便,便于预制,同时施工速度快,逐渐占据了中小跨径桥梁的建设市场。但是伴随着交通量的逐渐增大,如何使空心板梁桥的受力最优化以提高桥梁的使用寿命,特别是针对于空心板梁桥的铰接缝受力模式和受力状态的研究,其中国内的一些学者做了针对性的研究。研究表明:桥梁发生破坏前总是铰接缝先发生破坏,逐渐形成铰接缝传递剪力和弯矩的能力急剧下降,从而导致空心板梁的单板受力现象。因此结合不同的施工条件选择合适的铰接缝连接方式可以使空心板梁桥的受力状态得到很好的改善,可以大大提高空心板梁桥的使用寿命。本文选择了三种铰接缝型式分别制作实验模型,分别为空心板梁铰接缝为素混凝土、铰接缝添加横向钢筋和门筋和铰接缝添加交叉钢筋和门筋三种铰接缝形式。其中以第一种为基础分别比较其他两种铰接缝型式改善传递荷载的变化情况。模型实验采用逐级增卸载的方式,对三种不同铰接缝型式的板梁桥进行实验,得到了不同铰缝形式下板梁的挠度横向分布、荷载—挠度曲线、荷载—应变曲线等。同时简单介绍了相关的铰接板梁理论和有限元模型建立的方法。模型实验的研究结果表明:从荷载横向传递能力方面考虑,在铰接缝中加交叉钢筋的铰接形式是三种方案中最好的方案,它可以显著地提高铰接缝传递荷载的能力和抗剪能力,相比第二种形式对提高铰接缝传递荷载的能力不显著,对荷载的横向分布基本上提高不明显。经过有限元分析计算的结果与模型实验结果的比较,其规律基本一致并且数值吻合性比较好。虽然铰接缝配有横向钢筋同时配有门筋的铰接缝型式没有显著提高荷载的横向分布,但是增加的钢筋和门筋有利于提高铰接缝的整体性和抗剪能力,同时可以减小铰接缝混凝土的开裂,有益于提高混凝土的耐久性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 空心板铰接缝的研究现状
• 1.3 空心板铰接缝研究的必要性和意义
• 1.4 空心板铰接缝研究问题的提出
• 1.5 空心板铰接缝破坏研究的内容及目标
• 1.6 本章小结
• 第二章 空心板铰接缝破坏形式及因素分析
• 2.1 空心板铰接缝的一般构造形式
• 2.2 空心板铰接缝破坏的一般特征
• 2.3 空心板铰接缝破坏的影响因素
• 2.3.1 高速公路自身特点因素
• 2.3.2 设计因素
• 2.3.3 施工因素
• 2.3.4 运营管理因素
• 2.3.5 材料特性因素
• 2.4 本章小结
• 第三章 铰接板梁桥理论分析
• 3.1 梁的扭转与挠曲原理
• 3.1.1 梁的挠曲基本方程
• 3.1.2 变形几何关系
• 3.1.3 挠曲方程
• 3.2 简支梁挠曲的正弦曲线计算的方法
• 3.2.1 简支梁挠度的正弦级数一般表达式
• 3.2.2 任意荷载下的挠曲计算
• 3.3 梁的扭转基本方程与扭转变形计算
• 3.3.1 梁的扭转基本方程
• 3.3.2 简支梁的扭转变形计算
• 3.4 铰接板梁桥荷载横向分布计算原理
• 3.4.1 基本假设和荷载横向影响线计算原理
• 3.4.2 铰接力正则方程
• 3.4.3 铰接缝横向连接刚度
• 3.4.4 荷载横向分布实用计算
• 3.5 本章小结
• 第四章 铰接缝模型的有限元分析方法
• 4.1 概述
• 4.2 钢筋混凝土和钢筋的破坏准则与本构关系
• 4.2.1 混凝土破坏准则
• 4.2.2 混凝土的弹塑性本构关系
• 4.2.3 钢筋本构关系
• 4.2.4 钢筋混凝土弹塑性有限元分析
• 4.3 空心板铰接缝的有限元模型
• 4.3.1 有限元模型的分析方法
• 4.3.2 单元类型的选择
• 4.3.3 有限元模型的分析计算
• 4.3.4 参数的选择
• 4.4 本章小结
• 第五章 空心板铰接缝模型实验
• 5.1 概述
• 5.2 实验目的、意义及内容
• 5.3 模型设计
• 5.3.1 模型的相似性设计
• 5.3.2 模型实验的材料
• 5.3.3 模型制作的要求
• 5.3.4 模型铰接缝连接形式设计
• 5.4 模型静载实验
• 5.4.1 模型实验的准备工作
• 5.4.2 模型实验荷载的控制计算
• 5.5 模型的加载方案设计
• 5.5.1 预加载
• 5.5.2 荷载分级和实验流程
• 5.5.3 加载时间
• 5.5.4 加载工况
• 5.6 模型的测量方案设计
• 5.6.1 测量项目
• 5.6.2 测点的布置
• 5.6.3 铰接缝的裂缝观测
• 5.7 实验结果
• 5.7.1 1/4 L 跨处挠度横向分布
• 5.7.2 1/2 L 跨处挠度横向分布
• 5.7.3 铰接缝中的荷载—应变关系
• 5.7.4 空心板梁加载位置—挠度的关系
• 5.7.5 加载位置不同的荷载—应变曲线
• 5.8 本章小结
• 第六章 结论和建议
• 6.1 结论
• 6.2 建议
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢