裝配式鋼箱—預(yù)應(yīng)力混凝土組合梁性能試驗(yàn)與設(shè)計(jì)理論研究.pdf

1、在開展國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目“鋼箱-砼組合拱結(jié)構(gòu)性能與分析方法研究”(51078373)的過程中,本文提出裝配式鋼箱—預(yù)應(yīng)力混凝土組合連續(xù)剛構(gòu)橋的構(gòu)想,可望克服預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋主梁開裂和后期撓度過大的病害隱患,針對(duì)裝配式鋼箱-預(yù)應(yīng)力混凝土(SB-PC)組合梁的結(jié)構(gòu)性能和設(shè)計(jì)原理開展了探索性的試驗(yàn)和理論研究,主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:
　　 ①提出根據(jù)主梁不同區(qū)段受力需要選用與之相適應(yīng)的鋼箱-砼組合截面的SB-PC組合連續(xù)剛

2、構(gòu)橋的構(gòu)想,完善了其總體構(gòu)造,研究了關(guān)鍵部位的細(xì)節(jié)構(gòu)造,初步探索了其主要施工步驟和方法。分析表明,SB-PC組合連續(xù)剛構(gòu)橋可望克服常規(guī)混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋主梁開裂和后期撓度過大的主要病害,且能夠顯著降低橋梁自重,為連續(xù)剛構(gòu)橋向更大跨徑發(fā)展提供了可行途徑;
　　 ②針對(duì)SB-PC組合連續(xù)剛構(gòu)的結(jié)構(gòu)和工藝特點(diǎn),構(gòu)造了通過后澆剪力鍵預(yù)留孔混凝土使預(yù)制橋面板與鋼箱梁聯(lián)結(jié)為一體的S-PC剪力鍵,開展了兩類共5個(gè)S-PC剪力鍵的推出試驗(yàn)研究,結(jié)

3、合對(duì)S-PC剪力鍵試件的有限元分析,認(rèn)識(shí)了S-PC剪力鍵受載全過程的力學(xué)行為,揭示了S-PC剪力鍵的傳力機(jī)制和不同部位及方向的應(yīng)力分布規(guī)律;根據(jù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析建立了S-PC剪力鍵的荷載—滑移本構(gòu)方程;
　　 ③結(jié)合有限元分析方法,研究了剪力鍵的抗剪面積和高度對(duì)S-PC剪力鍵結(jié)構(gòu)行為的影響,探討了上、下剪力鍵各自分擔(dān)剪力比例隨總剪力變化的規(guī)律性;發(fā)現(xiàn)S-PC剪力鍵主要表現(xiàn)為剪力鍵承壓面局部混凝土受壓破壞,剪力鍵根部焊縫受剪破

4、壞,以及因剪力鍵彎曲變形過大而喪失承載力三類破壞形態(tài),據(jù)此提出了避免S-PC剪力鍵破壞的承載力計(jì)算公式;
　　 ④開展了兩片SB-PC組合試驗(yàn)梁制作工藝和受載性能研究,對(duì)每片試驗(yàn)粱進(jìn)行了在不同荷載上限下的多次靜力循環(huán)荷載試驗(yàn):結(jié)果表明SB-PC組合試驗(yàn)梁混凝土頂板的開裂荷載隨著混凝土有效預(yù)應(yīng)力度的增加而增大;在0.5Pu范圍內(nèi)作靜力循環(huán)加載時(shí),試驗(yàn)梁表現(xiàn)為彈性性能;由于預(yù)應(yīng)力的作用,SB-PC組合試驗(yàn)梁頂板混凝土裂縫在卸載后尚能

5、閉合,至重新加載到0.33Pu時(shí)再次張開成為可見裂縫;梁頂板混凝土裂縫的寬度和條數(shù)隨著荷載的增加而增加,當(dāng)荷載超過0.8Pu后,基本無新裂縫產(chǎn)生,但已有裂縫長度和寬度隨著荷載的增加而不斷擴(kuò)展;SB-PC組合試驗(yàn)梁加載至臨近破壞時(shí),鋼箱上翼緣鋼板和下底板實(shí)測應(yīng)變均超過鋼材屈服應(yīng)變,試驗(yàn)梁最終表現(xiàn)為鋼箱底板受壓局部凸屈,相應(yīng)底板混凝土被壓碎而喪失承載能力,具有明顯的塑性破壞特征;
　　 ⑤借助鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)已有研究成果,結(jié)合SB

6、-PC組合梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和試驗(yàn)結(jié)果,提出了計(jì)入頂、底板滑移的開裂前剛度計(jì)算公式;在現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力混凝土梁開裂彎矩計(jì)算公式中帶入考慮頂、底板滑移影響的開裂前截面抵抗矩建立了SB-PC組合梁的抗裂計(jì)算公式;利用全截面工作和不計(jì)頂板混凝土兩種極端狀況下的截面剛度,將頂板混凝土開裂逐步退出工作的組合梁剛度實(shí)際漸變過程轉(zhuǎn)化為解析幾何中曲線的簡化描述,建立了開裂后SB-PC組合梁的剛度計(jì)算公式;依據(jù)簡化塑性理論建立了SB-PC組合梁的極限承載力計(jì)算公式;