大跨径混合梁斜拉桥结合段受力性能试验

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1、分类号：U44,U4510710-2011021057博士学位论文大跨径混合梁斜拉桥结合段受力性能试验江祥林导师姓名职称刘永健教授申请学位级别博士学科专业名称桥梁与隧道工程论文提交日期2015年10月28日论文答辩日期2015年12月20日学位授予单位长安大学ExperimentalStudyonSteel-concreteConnectionSegmentinLarge-spanHybridCable-stayedBridgeADissertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：JiangXianglinSupervis

2、or：Prof.LiuYongjianChang’anUniversity,Xi’an,China摘要随着我国经济技术的发展，斜拉桥在最近十年内的应用愈加广泛，跨径范围从几百米到上千米，结构形式更是多种多样。钢-混凝土混合梁凭借其优越的性能，成为大跨径斜拉桥常用的主梁形式。大跨径混合梁斜拉桥的设计的关键在于钢-混结合段的受力性能以及其是否能有效传递荷载。本文以九江长江大桥为工程背景，以大尺寸模型试验为主，并结合采用有限元数值模拟和理论分析的研究手段，从钢-混结合段整体受力性能、结合段传力机理和钢梁过渡段受力性能、局部PBL剪力键静力和疲劳性能三个层面，系统地研究了大跨径混

3、合梁斜拉桥结合段受力性能。主要研究内容如下：(1)为整体把握结合段的受力性能，并指导本文模型试验的开展，建立考虑钢-混凝土相对滑移和接触的结合段全尺寸实体-板壳有限元精细化计算模型，分别计算在最不利正弯矩和最不利轴力工况作用下，钢梁段、混凝土梁段、结合段连接件的受力状态，总体上对结合段的受力性能进行了把握。研究结果表明：结合段整体受力合理，各部件应力均处于弹性阶段，且焊钉连接件与开孔板传力可靠，能保证结合段的传力性能。(2)设计了缩尺比为1:2的结合段模型试件，并按照实际内力设置了加载条件和边界条件，开展了结合段的受力性能试验研究。试验结果表明，各工况下的各部分应力、应变

4、处于弹性阶段，结合段受力性能良好；九江长江公路大桥钢-混结合段满足承载力要求，且具有一定的安全储备；该种形式的结合段受力合理，适合在大跨径混凝土主梁中采用。(3)选取实桥受力最不利的格室，并变换其构造形式，制作两个1:2缩尺的模型试件，进行承载能力加载试验，研究不同构造形式的结合段的传力机理及破坏形态。依据试验和计算结果，探讨了结合段的传力路径，分析了传力模式、比例和面积，以及应力扩散的均匀性和有效性。(4)通过缩尺比为1:2的模型加载试验，研究不同构造形式的钢梁加劲过渡段的应力分布规律、破坏模式及承载能力。研究结果表明：各试件过渡端部均先于试件其他部位进入塑性阶段，即过

5、渡端部是钢梁过渡段受力最薄弱部位。在过渡端部设置横隔板不但可以明显减小其应力集中度，同时也限制了附近底板的面外变形。(5)为研究结合部传力关键部件—PBL剪力键的受力性能，开展了PBL剪力键的静I力和疲劳性能试验研究，其中静力加载试件7个，包括3个无贯通钢筋的PBL键试件和4个有贯通钢筋的PBL键试件；疲劳加载试件10个，主要研究参数为疲劳加载幅。研究结果表明：有贯通钢筋PBL剪力键结构试件极限承载力均值高于无贯通钢筋PBL剪力键结构试件极限承载力均值，加载方式对试件达到极限承载力后的滑移曲线影响较大；有贯通钢筋PBL剪力键结构试件疲劳破坏特征为混凝土榫破碎，并且贯通钢筋

6、被剪断。同时，通过疲劳试验拟合得到失效概率为50%与2.3%时的荷载与疲劳寿命曲线方程。关键词：钢-混凝土结合段，混合梁，PBL剪力键，斜拉桥，受力性能IIAbstractWiththedevelopmentofeconomyandtechniqueinChina,moreandmorecable-stayedbridgescomeintoapplicationinthepasttenyears,whosespanrangesfromafewhundredmeterstothousandmetersandstructuraltypesisvarious.Duetoitss

7、uperiorperformance,steel-concretehybridbeamsbecomethecommongirdertypeoflarge-spancable-stayedbridges.Designoflarge-spancable-stayedbridgeswithconcretegirderfocusonstressperformanceofsteel-concreteconnectionsegmentaswellasload-transferringperformance.BasedontheJiujia