【摘要】：鋼管混凝土作為一種組合結(jié)構(gòu),其優(yōu)越性在于鋼管與核心混凝土能共同作用并提高整體承載能力,在實際工程中得到了廣泛的應(yīng)用。然而,由于溫差效應(yīng)、核心混凝土收縮以及施工質(zhì)量等原因,鋼管與核心混凝土的界面存在不同程度的脫粘,影響了二者的協(xié)同作用。對于鋼管混凝土桁拱,脫粘使得腹桿內(nèi)力無法傳遞給核心混凝土,嚴(yán)重影響其受力性能。為此,通過在節(jié)點處弦管內(nèi)壁焊接栓釘(內(nèi)栓釘),以解決脫粘所造成的節(jié)點傳力問題。本文通過理論計算、試驗及有限元分析,探討鋼管混凝土節(jié)點內(nèi)栓釘傳力機理及對桁拱受力性能影響,主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:(1)對鋼管混凝土脫粘產(chǎn)生原因及防治措施進行了總結(jié)分析,探討了脫粘對鋼管混凝土單圓管拱肋和桁式拱肋的影響。結(jié)果表明,鋼管與核心混凝土的脫粘是難以避免的,溫差效應(yīng)及核心混凝土的收縮是導(dǎo)致脫粘的主要原因,單獨的軸向壓力作用基本不會引起脫粘。脫粘對桁式拱肋的影響比單圓管拱肋大。(2)開展了弦桿有無脫粘及是否設(shè)置內(nèi)栓釘?shù)匿摴芑炷凉?jié)點傳力性能對比試驗研究。結(jié)果表明,當(dāng)脫粘出現(xiàn)后,腹桿內(nèi)力無法順利地傳遞給管內(nèi)混凝土,脫粘對節(jié)點附近受力影響較大;在設(shè)置內(nèi)栓釘后,無論弦桿是否出現(xiàn)脫粘,內(nèi)栓釘都能將腹桿內(nèi)力傳遞給管內(nèi)混凝土,且對節(jié)點以下一倍腹桿直徑范圍內(nèi)的影響最大;內(nèi)栓釘?shù)膫髁πЧ獌?yōu)于完全粘結(jié)的傳力效果;腹桿與弦桿管徑比對內(nèi)栓釘布置范圍影響很小。(3)進行了內(nèi)栓釘傳力機理分析,結(jié)果表明,在弦桿軸向,弦桿鋼管、內(nèi)栓釘和管內(nèi)混凝土主要受力區(qū)域集中在節(jié)點中心以上200mm及節(jié)點中心以下600mm范圍內(nèi),弦桿與腹桿相交處受力較大;在弦桿環(huán)向,主要受力區(qū)域在節(jié)點中心-60°～60°范圍內(nèi)。(4)探討了鋼管混凝土節(jié)點內(nèi)栓釘?shù)脑O(shè)置方法,建議在弦桿環(huán)向,內(nèi)栓釘主要均勻布置在節(jié)點中心-60°～60°范圍內(nèi),在該范圍外可以不予布置;在弦桿軸向,內(nèi)栓釘布置在節(jié)點中心以上1倍腹桿直徑及節(jié)點中心以下2倍腹桿直徑范圍內(nèi),且弦桿與腹桿相交處宜設(shè)置內(nèi)栓釘。(5)以四川合江長江公路大橋為背景工程,建立了考慮鋼管混凝土脫粘、設(shè)置內(nèi)栓釘?shù)挠邢拊嬎隳Ｐ?分析了不同脫粘程度及設(shè)置內(nèi)栓釘對其力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明,拱肋脫粘長度對鋼管與核心混凝土內(nèi)力、桁拱變形和極限承載力的影響較大,對各弦桿的總軸力幾乎沒有影響,隨著脫粘長度的增加,上下弦桿總彎矩分布更不均勻;在半跨均布荷載作用下,當(dāng)脫粘位置位于荷載所在半拱的四分點及拱肋拱頂處時,脫粘對桁拱變形和極限承載力的影響較大。在桁拱脫粘范圍內(nèi)節(jié)點處設(shè)置內(nèi)栓釘后,與完全粘結(jié)相比,桁拱剛度和極限承載力均有所提高,且設(shè)置內(nèi)栓釘?shù)墓?jié)點數(shù)目越多,其提高程度越大。
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：U441
【圖文】：

管混凝土節(jié)點內(nèi)栓釘傳力機理及對桁拱受力性能影響研第一章緒論逡逑及意義逡逑（Ｃｏｎｃｒｅｔｅ－Ｆｉｌｌｅｄ邋Ｓｔｅｅｌ邋Ｔｕｂｅ，簡稱ＣＦＳＴ）是一種組能好，且與純鋼結(jié)構(gòu)相比，能大大減少鋼材的設(shè)施建設(shè)中，尤其是大跨度拱橋中［７＿９］。雖然鋼管用，但其作為一種組合結(jié)構(gòu)，兩種材料之間的界響其組合性能的重要因素［１Ｑ－１６］，如圖１－１所示。逡逑

混、荷載用以及工工不合理等均會引起鋼管混凝土脫粘。目前，逡逑針對不同原因產(chǎn)生的脫粘，專家學(xué)者均提出了一些相應(yīng)的防治措施。比如使用隔熱逡逑材料來降低鋼管與管內(nèi)混凝土的溫差［２（）］，但該措施工作量較大，且無法長期發(fā)揮逡逑作用；使用收縮較小的混凝土材料或添加膨脹劑來防治因管內(nèi)混凝土收縮導(dǎo)致的逡逑脫粘［２４］０１，但是，對混凝土材料而言，其收縮作用無法消除，而且膨脹劑的劑量也逡逑難以精確；涂光亞分析了內(nèi)法蘭構(gòu)造［２３］對限制鋼管與混凝土間的相對滑移，使二逡逑者共同受力的作用效果，但該構(gòu)造沿拱肋軸向的布置數(shù)量和范圍有限，并不能完全逡逑起到界面剪力傳遞的作用，尤其在桁拱節(jié)點處的傳力效率較低。逡逑針對以上各種措施的不足，為使桁拱節(jié)點處鋼管所受切向力順利地傳遞給管逡逑內(nèi)混凝土，達到理論計算模型與實際受力相吻合的目的，文獻［２１］提出了在桁拱節(jié)逡逑點弦管內(nèi)壁焊接栓釘（內(nèi)栓釘）的構(gòu)造措施，如圖１－３所示。內(nèi)栓釘能夠在鋼管混逡逑凝土產(chǎn)生脫粘后，使得桁拱節(jié)點處的腹桿內(nèi)力經(jīng)弦桿鋼管傳遞到管內(nèi)混凝土，混凝逡逑土與鋼管可以協(xié)同工作。雖然這種構(gòu)造措施已經(jīng)應(yīng)用于兩座大跨徑的鋼管混凝土逡逑拱橋（３６０ｍ跨徑的貴州大小井大橋以及５０７ｍ主跨徑的四川合江長江公路大橋），逡逑且也有一些設(shè)計和構(gòu)造建議但針對其應(yīng)用的研究還不夠充分，尤其對于內(nèi)逡逑栓釘?shù)膫髁C理仍沒有明確，設(shè)置內(nèi)栓釘對桁拱的受力性能影響也有待研究。逡逑：

邐0２邋－ｒ，邋）邋ｒ逡逑（１）核心混凝土受力分析逡逑由圖２－１可知，在由鋼管與核心混凝土之間的溫差所產(chǎn)生的界面均布拉應(yīng)力ｐ逡逑作用下，對于核心混凝土，有［＝０，ｒ２＝ａ，ｉ＝０，邋％＝－ｐ，根據(jù)式（２－１）和逡逑式（２－２），核心混凝土的應(yīng)力為：逡逑0■／邋＝邋ｐ邐（２－３）逡逑0■／邋＝邋ｐ邐（２－４）逡逑根據(jù)文獻［４７］，平面應(yīng)變問題中的本構(gòu)方程為：逡逑Ｉ尋士）逡逑丨＝辛（？－＃）邐（２－５）逡逑２（１邋＋邋Ｍ）逡逑設(shè)核心混凝土的彈性模量為盡，泊松比為從，根據(jù)式（２－５），有：逡逑Ｓｒ邐￣邋￣￣－「從邐（２－６）逡逑Ｅｃ邐１＿從逡逑９逡

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本文編號：2793928