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《清华大学》 2013年
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钢—混凝土组合刚构桥关键结构受力性能研究

聂鑫  
【摘要】:钢-混凝土组合刚构桥能够充分发挥不同材料的优点,在受力性能、综合造价、施工速度以及耐久性等方面具有很多优势,是值得推广发展的一种新型桥梁结构。本文通过模型试验、理论分析和数值模拟,对组合刚构桥的新型墩梁结合部、新型波形钢腹板组合梁以及可释放混凝土桥面板拉应力的新型连接件的受力性能进行研究,并提出了有关的计算模型和设计方法。论文取得的主要成果包括: (1)通过钢-混凝土组合刚构桥钢筋式结合部、钢套筒式结合部的抗震性能试验和数值模拟,研究了墩梁结合部的传力机理和受力规律,证明了新型钢套筒结合部具有较高的抗裂性能和承载力,并提出了钢套筒式结合部的设计方法。 (2)完成了4根波形钢腹板组合梁的静力加载试验并进行了参数分析,重点研究了承载力、刚度、裂缝、应变以及滑移效应等,证明改进型和新型波形钢腹板组合梁具有良好的受力性能,并提出了受弯承载力设计计算公式。 (3)对一种能够释放组合作用的新型抗拔不抗剪连接件进行了循环加载推出试验,提出了相应的连接件设计计算方法;完成了采用这种新型连接件的组合桁梁桥在负弯矩作用下的受力性能试验,证明抗拔不抗剪连接件可显著提高混凝土桥面板的有效预应力和结构的开裂荷载。 (4)建立了局部释放组合作用钢-混凝土组合梁的微分方程,给出了多种荷载及边界条件下的解析解,并通过与数值计算结果的对比验证了方法的正确性。对连续组合梁的计算分析表明,负弯矩区采用可局部释放组合作用的新型连接件可显著提高结构的开裂荷载,同时对结构刚度影响不明显。 (5)在传统纤维梁单元的基础上,提出了一种可考虑滑移效应的通用钢-混凝土组合梁纤维单元,编制了相应的计算程序,并通过算例分析证明了该单元的有效性。 本论文获得国家自然科学基金(51138007)和国家科技支撑计划(2011BAJ09B02)资助。
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