【摘要】：預(yù)應(yīng)力混凝土波形鋼腹板鋼-混組合箱梁橋由于其具有結(jié)構(gòu)輕盈、外形美觀、受力合理、抗震性能好、工程造價(jià)經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn),成為近幾年我國大力推廣及應(yīng)用的新型橋梁結(jié)構(gòu)形式。但是與傳統(tǒng)混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))橋相比,目前波形鋼腹板連續(xù)梁(剛構(gòu))橋跨徑仍處于較小水平,究其原因主要由于目前相關(guān)規(guī)范只是偏保守地認(rèn)為波形鋼腹板承擔(dān)箱梁全部剪力,理論及試驗(yàn)研究主要以基于小跨徑等截面波形鋼腹板抗剪強(qiáng)度為主,大跨波形鋼腹板箱梁橋波形鋼腹板及內(nèi)襯混凝土抗剪機(jī)理及設(shè)計(jì)方法仍需完善,這些問題已嚴(yán)重制約了波形鋼腹板箱梁橋向更大跨徑發(fā)展。因此,在目前我國大力推廣該類橋型,但仍有一些問題沒有很好解決或有待于進(jìn)一步研究的情況下,開展相關(guān)研究,提出適用于大跨波形鋼腹板箱梁橋設(shè)計(jì)計(jì)算的波形鋼腹板及內(nèi)襯混凝土抗剪設(shè)計(jì)方法,為工程設(shè)計(jì)提供借鑒,具有重要意義及工程應(yīng)用價(jià)值。本文結(jié)合依托工程,開展了大跨波形鋼腹板箱梁橋變截面波形鋼腹板及內(nèi)襯混凝土鋼-混組合腹板抗剪性能縮尺模型試驗(yàn),從宏觀層面上總結(jié)了波形鋼腹板及內(nèi)襯混凝土變形破壞過程,及不同內(nèi)襯混凝土設(shè)計(jì)參數(shù)(內(nèi)襯混凝土厚度、栓釘密度、鋼筋配筋率)對抗剪影響及作用,在此基礎(chǔ)上研究了大跨變截面波形鋼腹板箱梁橋波形鋼腹板及內(nèi)襯混凝土鋼-混組合腹板抗剪性能,提出了內(nèi)襯混凝彈塑性階段抗剪機(jī)理及承載能力計(jì)算方法,分析了變截面波形鋼腹板及內(nèi)襯混凝土構(gòu)造參數(shù)屈曲敏感性,建立了內(nèi)襯混凝土鋼-混組合箱室抗剪計(jì)算方法及驗(yàn)算流程。具體研究內(nèi)容如下:(1)通過變截面波形鋼板及內(nèi)襯混凝土腹板抗剪性能縮尺模型試驗(yàn),對比分析了 8種不同設(shè)計(jì)參數(shù)條件下波形鋼腹板及內(nèi)襯混凝土鋼-混組合腹板的抗剪強(qiáng)度和變形特性,從宏觀層面上得到了變截面波形鋼腹板及內(nèi)襯混凝土腹板變形破壞過程及規(guī)律,為后續(xù)理論分析提供了重要依據(jù)。(2)采用能量法中的伽遼金法和瑞利-里茲法分別推導(dǎo)了波形鋼腹板彈性局部剪切屈曲強(qiáng)度和整體剪切屈曲強(qiáng)度計(jì)算公式,討論了不同屈服形態(tài)波形鋼腹板構(gòu)造參數(shù)控制因素;提出了考慮鋼筋作用的內(nèi)襯混凝土彈塑性階段抗剪破壞機(jī)理—“拱桁架”模型及相應(yīng)抗剪承載能力計(jì)算方法,建立了波形鋼板-內(nèi)襯混凝土組合腹板彈塑性階段剪力承擔(dān)比例計(jì)算公式。(3)基于有限元法及ABAQUS大型有限元程序,研究了考慮栓釘及鋼混接觸關(guān)系的鋼-混組合腹板有限元數(shù)值模型建立方法,通過室內(nèi)試驗(yàn)和數(shù)值模擬數(shù)據(jù)結(jié)果的對比分析,驗(yàn)證了本文提出的數(shù)值模型的有效性;在大量工程實(shí)例基礎(chǔ)上,總結(jié)了目前常用的波紋型號、鋼板厚度、變截面高度、內(nèi)襯混凝土厚度等構(gòu)造參數(shù),采用數(shù)值模型分析了不同構(gòu)造參數(shù)對大型波形鋼腹板屈曲敏感性影響,提出了波形鋼腹板及內(nèi)襯混凝土構(gòu)造參數(shù)最優(yōu)設(shè)計(jì)范圍。(4)采用解析法推導(dǎo)了變截面波形鋼腹板-內(nèi)襯混凝土鋼-混組合箱室剪應(yīng)力計(jì)算一般公式,及用底板厚度變化率dt/dx = tanβ和梁高變化率dh/dx = tanβ'來表達(dá)的頂、底板及內(nèi)襯混凝土鋼-混組合腹板剪應(yīng)力計(jì)算公式;針對目前規(guī)范尚未考慮內(nèi)襯混凝土及頂?shù)装蹇辜舻牟蛔?提出了大跨內(nèi)襯混凝土鋼-混組合箱室抗剪驗(yàn)算流程。(5)在前述理論研究基礎(chǔ)上,以港珠澳大橋珠海連接線工程前山河特大橋?yàn)楸尘?采用抗剪設(shè)計(jì)理論公式計(jì)算了大跨波形鋼腹板鋼混組合箱室抗剪承載能力,對背景橋梁波形鋼腹板鋼-混組合箱室腹板剪應(yīng)力及容許范圍進(jìn)行了對比分析。論文研究成果可為大跨波形鋼腹板箱梁橋波形鋼腹板及內(nèi)襯混凝土抗剪設(shè)計(jì)提供重要參考。
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U441
【圖文】：

梁根部剪力較大、截面梁高相應(yīng)較高，為了能夠提高變截面箱梁根部波形鋼腹板抗屈曲及逡逑剪力傳遞給下部結(jié)構(gòu)能力，此時(shí)一般在鋼腹板內(nèi)側(cè)澆筑混凝土形成波形鋼腹板－內(nèi)襯混凝逡逑土組合箱室（如圖Ｌ６、如圖１．７），由此為大跨波形鋼腹板箱梁橋抗剪設(shè)計(jì)帶來新的問題，逡逑具體如下：逡逑（１）

４邐土鋼？混組合箱室抗剪、．的波形鋼腹板箱室剪力驗(yàn)算流程進(jìn)行了規(guī)定，尚未有考慮頂板板及內(nèi)逡逑襯混凝土抗剪作用的內(nèi)襯混凝土鋼－混組合箱室抗剪驗(yàn)算流程探索性逡逑研宄。逡逑ｌ．４依托工程概況逡逑港珠澳大橋珠海連接線工程前山河特大橋主橋?yàn)椋晨纾ǎ梗板澹恚保叮板澹恚梗板澹恚╊A(yù)應(yīng)力波逡逑形鋼腹板連續(xù)箱梁橋，如圖１．９所示。其主跨跨徑達(dá)到１６０ｍ，為目前己建成同類橋型國逡逑內(nèi)最大、世界前列。逡逑１）主梁逡逑該橋上部結(jié)構(gòu)主梁采用Ｃ６０混凝土，為單箱單室變截面，梁高按１．８次拋物線變化。逡逑中墩支點(diǎn)附近梁高９．５邋ｍ，波形鋼腹板高約７邋ｍ，為波形鋼腹板寬幅大箱室。頂板寬１５．７５逡逑ｍ，兩側(cè)翼緣板寬３．３７５邋ｍ，箱室寬度達(dá)９邋ｍ，設(shè)２％橫坡。頂板底面折線布置，箱室中心逡逑線位置厚２８ｃｍ，經(jīng)２．２５邋ｍ變?yōu)椋矗板澹悖砗螅俳?jīng)１．５邋ｍ變至箱室頂板根部的８５邋ｃｍ。箱室逡逑底板厚度跨中至中墩處按１．８次拋物線由３２邋ｃｍ變至１２０邋ｃｍ。主橋主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖逡逑１．１０所示。該橋采用懸臂掛籃施工，縱向共劃分１９個(gè)節(jié)段。逡逑

４邐土鋼？混組合箱室抗剪、．的波形鋼腹板箱室剪力驗(yàn)算流程進(jìn)行了規(guī)定，尚未有考慮頂板板及內(nèi)逡逑襯混凝土抗剪作用的內(nèi)襯混凝土鋼－混組合箱室抗剪驗(yàn)算流程探索性逡逑研宄。逡逑ｌ．４依托工程概況逡逑港珠澳大橋珠海連接線工程前山河特大橋主橋?yàn)椋晨纾ǎ梗板澹恚保叮板澹恚梗板澹恚╊A(yù)應(yīng)力波逡逑形鋼腹板連續(xù)箱梁橋，如圖１．９所示。其主跨跨徑達(dá)到１６０ｍ，為目前己建成同類橋型國逡逑內(nèi)最大、世界前列。逡逑１）主梁逡逑該橋上部結(jié)構(gòu)主梁采用Ｃ６０混凝土，為單箱單室變截面，梁高按１．８次拋物線變化。逡逑中墩支點(diǎn)附近梁高９．５邋ｍ，波形鋼腹板高約７邋ｍ，為波形鋼腹板寬幅大箱室。頂板寬１５．７５逡逑ｍ，兩側(cè)翼緣板寬３．３７５邋ｍ，箱室寬度達(dá)９邋ｍ，設(shè)２％橫坡。頂板底面折線布置，箱室中心逡逑線位置厚２８ｃｍ，經(jīng)２．２５邋ｍ變?yōu)椋矗板澹悖砗�，再�?jīng)１．５邋ｍ變至箱室頂板根部的８５邋ｃｍ。箱室逡逑底板厚度跨中至中墩處按１．８次拋物線由３２邋ｃｍ變至１２０邋ｃｍ。主橋主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖逡逑１．１０所示。該橋采用懸臂掛籃施工，縱向共劃分１９個(gè)節(jié)段。逡逑

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