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波纹钢腹板箱梁桥转向装置和剪力连接件理论与实验研究

杨明  
【摘要】: 波纹钢腹板体外预应力箱梁桥是一种采用波纹钢腹板作为箱梁的腹板并用体外预应力筋提供预应力的组合结构桥梁。与传统的预应力混凝土箱梁相比,这种结构具有自重小、预应力效率高、施工简便、耐久性好等优点,近年来在我国受到了学术界的重视,并得到了迅速的发展。我国目前已经建成了数座跨径较小的简支梁和连续梁波纹钢腹板体外预应力箱梁桥,另有数座正处于设计和施工阶段,并逐渐向大跨度方向发展。本文通过收集、总结国内外对波纹钢腹板箱梁研究的成果,归纳了这类桥梁的构造要点和计算方法。 通过实验和有限元方法研究了波纹钢腹板体外预应力箱梁转向装置的构造、力学性能。制作了3片使用3种不同转向装置实验梁段,进行了转向装置力学性能的实验。实验通过体外预应力筋加载到实验梁段转向装置破坏,期间观察转向装置的破坏形态,收集了实验过程中实验梁段和转向装置的应变,得到了实验梁段转向装置的承载能力。在进行有限元模拟分析时,为改善计算收敛性、降低计算成本,分别建立了不考虑材料非线性的全梁段模型和考虑材料非线性但只包含转向装置的局部模型。用全梁段有限元模型研究了转向装置对箱梁的局部影响并分析了体外预应力筋对转向装置接触作用力的分布规律,用转向装置局部模型研究了转向装置的力学性能和破坏形态。有限元分析的结论与实验研究结果吻合良好,验证了有限元计算方法的有效性。根据有限元和实验研究的结果,提出了3种转向装置的构造要点、设计理论和实用计算方法。 通过实验和有限元分析方法研究了PBL连接件和波形弯筋连接件的构造和力学性能。制作了采用2种连接件的推出实验试件共14个,进行了推出实验研究。用有限元方法模拟2种连接件从开始受力到剪断破坏的全过程,研究了2种连接件的滑移量、承载能力等力学性能。根据有限元和试验研究的结果,提出了PBL连接件和波形弯筋连接件的构造要点、设计理论和实用计算方法。 论文研究结果可供波纹钢腹板体外预应力箱梁梁设计参考。


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