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文檔簡介
1、鋼管(箱)混凝土結構的發(fā)展是當今鋼與混凝土組合結構領域的研究熱點之一。由于其優(yōu)越的力學性能和美觀效果,鋼管(箱)混凝土結構已廣泛應用于工業(yè)與民用建筑中。但是,對鋼管(箱)混凝土的研究多數(shù)集中于受壓構件,對其抗彎性能研究較少,而且研究鋼箱混凝土梁的彎曲性能對橋梁工程有現(xiàn)實的工程意義。本論文得到四川省交通廳“大跨組合體系拱橋設計及施工關鍵技術研究項目”的資助,以東平大橋為研究背景,系統(tǒng)地開展了預應力矩形鋼箱混凝土梁的專項研究。內(nèi)容主要包括五
2、個部分: 在論文的第一部分,在閱讀大量國內(nèi)外文獻的基礎上,采用極限平衡理論和統(tǒng)一理論對鋼管(箱)混凝土受彎性能進行初步分析,并討論了預應力鋼結構的優(yōu)缺點。以東平大橋端橫梁采用的預應力矩形鋼箱混凝土梁為工程背景,提出進行預應力矩形鋼箱混凝土梁的研究課題。 在論文的第二部分,完成了8片預應力矩形鋼箱混凝土模型試驗梁的靜載試驗。考察的主要參數(shù)有混凝土強度(50MPa和60MPa)、預應力度(0.26和0.40)和鋼材厚度(6m
3、m和8mm)等,對構件的變形、應力狀態(tài)及界面滑移等進行了跟蹤測試。試驗結果表明,預應力矩形鋼箱混凝土梁表現(xiàn)出良好的受力性能和變形能力,內(nèi)填混凝土阻止了鋼板向箱內(nèi)的局部屈曲;同時由于預應力的效應,使受壓區(qū)核心混凝土的約束效應增強。構件破壞時,跨中撓度接近200mm,達到跨度的1/25,延性性能極為突出,有利于滿足抗震設計的要求。對預應力度、混凝土強度和鋼板厚度等三個相互影響參數(shù)的試驗結果對比分析表明,預應力度為0.40,鋼板厚度為8mm且
4、混凝土強度較高的試驗梁具有較高的極限強度和較好的塑性屈服能力?;瓢l(fā)生在構件加載后期,大部分試驗梁在接近極限荷載時出現(xiàn)了鋼板屈曲現(xiàn)象,但是構件的承載能力并未急劇下降。 在論文的第三部分,應用大型通用有限元軟件,引入材料的本構關系,考慮鋼與混凝土界面的粘結強度,建立了預應力矩形鋼箱混凝土梁的三維非線性有限元分析模型,理論計算結果得到了試驗結果的驗證??缰薪孛娴暮奢d一撓度曲線表明,預應力矩形鋼箱混凝土梁受力過程可以分為彈性階段、屈服
5、階段和塑性階段。接近破壞時,受壓區(qū)鋼板出現(xiàn)了局部屈曲。受拉區(qū)裂縫越過梁高度的一半,裂縫分布均勻,裂縫寬度較小。鋼與混凝土界面出現(xiàn)滑移,最大滑移量出現(xiàn)在梁端與跨中之間區(qū)域。滑移曲線形狀近似為正弦曲線,本文給出了擬合后的滑移曲線公式。設置足夠的PBL剪力鍵后,滑移量很小,可以忽略其影響。 在論文的第四部分,參考各國設計規(guī)范,提出了預應力矩形鋼箱混凝土梁強度的彈塑性和塑性計算方法。彈塑性方法為工程設計提供了方便,而塑性方法可以作為科研
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