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钢—预制混凝土板组合连续梁桥的结构性能与试验研究

田飞  
【摘要】:采用集簇式栓钉作为剪力件的钢-预制混凝土板组合连续梁桥,适用于无支架快速装配化施工技术,减小了施工期对桥下交通的干扰,提高了桥梁工业化的水平。本文针对这种集簇式栓钉连接组合梁的结构特点,开展了试验研究和理论分析。主要工作和研究成果如下:(1)结构体系的确立:研究钢-预制混凝土板组合连续梁桥的合理结构体系与构造,给出其基本设计参数和标准跨设计,完成三册标准跨径组合梁桥施工图的设计。(2)新型组合梁正弯矩试验:重点研究簇集式栓钉间距、组合梁剪力连接程度对组合梁正弯矩区受力性能的影响。通过试验得到了组合梁正弯矩区的荷载-位移关系、截面应变分布规律、钢混界面滑移分布规律等。试验表明:剪力连接程度对试验梁极限承载力影响较小;当剪力连接程度低于0.75时,试验梁弹性刚度及延性有明显下降。(3)新型组合梁负弯矩试验:研究预制混凝土板接缝在组合梁负弯矩区的性能以及力比对组合梁负弯矩区受力性能的影响。通过试验得到了组合梁在负弯矩区的荷载-位移关系、钢筋应力发展规律、钢混界面滑移分布规律及裂缝开展规律等。试验表明:U形钢筋接缝在负弯矩区为薄弱部位;力比的增加能有效抑制裂缝的发展、增大混凝土板的开裂荷载。(4)有限元模拟与参数分析:对比了有限元结果与试验结果;建立变栓钉间距的有限元模型梁,进一步分析集簇式栓钉间距对组合梁正、负弯矩区受力性能的影响,证实了将其间距放大至1200mm的可行性。(5)理论设计方法:提出了适用于集簇式栓钉连接组合梁桥抗弯极限承载力的计算公式。采用拉压杆模型,推导了负弯矩区U形钢筋接缝处组合梁的抗弯承载力;结合试验数据与现有计算方法,提出负弯矩区混凝土板裂缝间距与宽度计算的修正公式。(6)施工建议:根据钢-预制混凝土板组合连续梁桥无支架施工过程的受力状态,安排合理的施工顺序;对各施工步骤提出建议;为保证钢梁的稳定性,参数α(横向联系间距/跨径)的合理取值范围为1/4-1/2,平联节间长度与钢梁间距之比β宜小于3,翼缘的宽厚比(bf/tf)的合理取值范围为7≤bftf≤12。


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