預(yù)應(yīng)力矩形鋼箱混凝土梁的結(jié)構(gòu)行為研究.pdf

1、鋼管(箱)混凝土結(jié)構(gòu)的發(fā)展是當(dāng)今鋼與混凝土組合結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。由于其優(yōu)越的力學(xué)性能和美觀效果，鋼管(箱)混凝土結(jié)構(gòu)已廣泛應(yīng)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(gòu)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(shí)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(shè)計及施工關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目”的資助，以東平大橋?yàn)檠芯勘尘?，系統(tǒng)地開展了預(yù)應(yīng)力矩形鋼箱混凝土梁的專項(xiàng)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(xiàn)的基礎(chǔ)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(jìn)行初步分析，并討論了預(yù)應(yīng)力鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)。以東平大橋端橫梁采用的預(yù)應(yīng)力矩形鋼箱混凝土梁為工程背景，提出進(jìn)行預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力矩形鋼箱混凝土模型試驗(yàn)梁的靜載試驗(yàn)。考察的主要參數(shù)有混凝土強(qiáng)度(50MPa和60MPa)、預(yù)應(yīng)力度(0.26和0.40)和鋼材厚度(6m

3、m和8mm)等，對構(gòu)件的變形、應(yīng)力狀態(tài)及界面滑移等進(jìn)行了跟蹤測試。試驗(yàn)結(jié)果表明，預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力的效應(yīng)，使受壓區(qū)核心混凝土的約束效應(yīng)增強(qiáng)。構(gòu)件破壞時，跨中撓度接近200mm，達(dá)到跨度的1/25，延性性能極為突出，有利于滿足抗震設(shè)計的要求。對預(yù)應(yīng)力度、混凝土強(qiáng)度和鋼板厚度等三個相互影響參數(shù)的試驗(yàn)結(jié)果對比分析表明，預(yù)應(yīng)力度為0.40，鋼板厚度為8mm且

4、混凝土強(qiáng)度較高的試驗(yàn)梁具有較高的極限強(qiáng)度和較好的塑性屈服能力。滑移發(fā)生在構(gòu)件加載后期，大部分試驗(yàn)梁在接近極限荷載時出現(xiàn)了鋼板屈曲現(xiàn)象，但是構(gòu)件的承載能力并未急劇下降。 在論文的第三部分，應(yīng)用大型通用有限元軟件，引入材料的本構(gòu)關(guān)系，考慮鋼與混凝土界面的粘結(jié)強(qiáng)度，建立了預(yù)應(yīng)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(jié)果得到了試驗(yàn)結(jié)果的驗(yàn)證?？缰薪孛娴暮奢d一撓度曲線表明，預(yù)應(yīng)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?；魄€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(shè)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(shè)計規(guī)范，提出了預(yù)應(yīng)力矩形鋼箱混凝土梁強(qiáng)度的彈塑性和塑性計算方法。彈塑性方法為工程設(shè)計提供了方便，而塑性方法可以作為科研