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铁路钢—混凝土组合桥及剪力连接件的研究

侯文崎  
【摘要】: 近十年来,随着我国铁路建设的快速发展,钢-混凝土组合桥梁的应用日益增多,结构形式也呈现多样化。栓钉因其受力无方向性,焊接质量容易保证等优点,是铁路钢-混凝土组合桥梁中应用最多、最广的剪力连接件。本文针对我国高速铁路钢-混凝土组合桥设计中产生的问题,通过大量的试验和有限元分析,对钢-混凝土组合结构和栓钉的极限承载力、疲劳性能、设计计算方法等进行了深入、系统研究,主要取得了如下创新性成果: 1.提出了钢-混凝土组合结构的有限元模拟方法,该法考虑了混凝土板中钢筋的作用、钢与混凝土之间的相对滑移和竖向分离、混凝土板受拉分层开裂后退出工作等各种因素,混凝土受压和受拉状态下钢-混凝土组合结构的分析计算都适用,计算结果与试验结果吻合良好。 2.通过大量的试验和有限元分析,提出了混凝土受压状态下栓钉的极限承载力公式、钢与混凝土结合面上的荷载-滑移关系,得到了群钉钢-混凝土组合结构中栓钉受力行为、受力分配和单钉极限承载力的折减系数。 3.提出了混凝土受拉状态下栓钉极限承载力试验方法,应用该法完成了22个钢-混凝土组合结构的极限承载力试验,提出了混凝土受拉状态下栓钉的极限承载力公式、钢与混凝土结合面上的荷载-滑移关系。 4.通过21个钢-混凝土组合结构的疲劳试验,经回归分析,提出了C50混凝土中中22栓钉的疲劳寿命计算公式,研究了各种因素对栓钉疲劳寿命的影响。 5.通过8根带负弯矩区的大型钢-高配筋现浇混凝土组合梁的疲劳试验、剩余极限承载力试验和有限元分析,研究了钢-高配筋现浇混凝土组合梁疲劳性能、极限承载力、混凝土板的裂缝宽度以及栓钉布置、配筋率等对上述各问题的影响,得到了许多具有实用价值的结论。 6.结合青藏铁路钢-混凝土组合桥的设计,提出了低温(-50℃)下钢-混凝土组合结构试验方法,通过低温下钢-混凝土组合结构疲劳试验、极限承载力试验和昼夜升温、降温循环试验,提出了青藏铁路钢-混凝土组合桥栓钉疲劳承载力取值、极限承载力取值和钢与混凝土温差取值。 7.分析了大跨度下承式高速铁路钢桥不同钢-混凝土组合桥面的受力特点,对纵横梁体系组合桥面、正交异性钢板-混凝土组合桥面等提出了栓钉连接件的设计计算方法。 上述研究成果已广泛应用于我国高速铁路、青藏铁路各种形式的钢-混凝土组合桥梁的设计,取得了很好的经济效益和社会效益。


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