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钢—混凝土混合梁结合段受力性能与设计参数研究

张鹏  
【摘要】:钢-混凝土混合梁作为一种复合结构型式,是混凝土梁和钢梁在纵向恰当的位置利用钢-混凝土结合段接头构造连接成整体的结构体系。钢-混凝土结合段是混合梁的关键部位,决定着混合梁设计的成败。随着混合结构的广泛应用,钢-混凝土结合段设计问题越来越成为工程领域研究的新热点。因此,进行结合段受力性能和设计参数研究,对推进混合结构技术发展有着积极的现实意义。 本文依托陕西某高速公路渭河特大桥设计与优化,针对钢-混凝土混合梁结合段受力性能与设计参数的问题,介绍钢-混凝土结合段的构造组成、基本类型、工程特点和应用情况,阐述结合段整体设计中合理位置和合理构造的选择与确定,研究结合段的传力机理、变形特性和受力性能并提出设计建议,探讨各种连接措施的受力性能和工程特点,分析开孔钢板连接件受力性能并提出相关设计参数,依托实体工程说明结合段整体设计思路、方法和过程并进行设计分析。 1.研究结合段的整体设计。结合段位置的合理确定可综合考虑受力、造价和施工等三个因素,采用定性评价和定量评价相结合的关键要素评价法;结合段构造的合理确定的基本准则是结构破坏不首先出现在结合段,截面形心应保持一致,各部件在结构承载过程中处于正常工作状态。本文系统地提出结合段整体设计的概念、原则和方法,是论文的一个创新点。 2.研究结合段的受力性能。结合段能够传递混合梁内力,但应增大刚度以利于连接件受力并减小结合面相对位移;轴向拉伸是结合段的不利受力条件,故应使结合段处于预压状态;连接构造应均匀对称布置,应采用空间有限元法分析计算;结合段应力传递总体较为连续均衡,但存在局部应力突变;结合段变形连续顺畅,说明刚度过渡合理平顺。结合段传力机理和变形特性的分析及结论,是论文的又一个创新点。 3.研究各种连接方式的构造特点、受力性能和使用性能。焊钉和开孔钢板(PBL)连接件在构造、受力和施工等方面均具有明显优势,纵向预应力连接方式也是一种广泛应用的连接措施,结合段连接构造主要是这三种连接方式的组合。开孔钢板连接件孔内混凝土榫柱的嵌锁作用决定它的连接效果,因其作用范围长、可靠性好而应在工程中优先采用。 4.研究PBL连接件的设计参数。采用空间有限元法分析各种因素对连接件应力分布、应力集中和位移变形规律的影响,提出连接件钢板厚度、开孔直径、开孔位置和间距以及长度等设计参数,给出顶底板设置、端部几何形状的设计要点,指出“强化端部连接,简化中间构造,细化边角部位”的连接件构造设计优化原则。PBL连接件影响因素分析和设计参数建议,也是论文的又一个创新点。 5.创新提出两种新型PBL连接件。根据PBL连接件受力性能和设计参数研究成果,进一步创新提出梯形和U形开孔钢板等两种连接件,与矩形开孔钢板连接件相比受力性能明显改善,大大降低构件集中应力值,达到构造优化的目的。两种新型连接件可供工程设计参考应用,是论文的另一个创新点。 6.总结结合段设计思路与分析方法。阐明论文研究在依托工程中的应用,通过桥梁整体计算分析、结合段局部受力分析、结合段工作状态分析等几个方面,介绍结合段设计计算的思路、过程、方法。计算分析和实测结果表明,结合段应力均衡、变形连续,满足设计要求,说明设计合理可靠。


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