【摘要】：鋼管混凝土作為一種組合結構,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用。然而,由于溫差效應、核心混凝土收縮以及施工質量等原因,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,脫粘使得腹桿內力無法傳遞給核心混凝土,嚴重影響其受力性能。為此,通過在節(jié)點處弦管內壁焊接栓釘(內栓釘),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)點內栓釘傳力機理及對桁拱受力性能影響,主要研究內容和結論如下:(1)對鋼管混凝土脫粘產生原因及防治措施進行了總結分析,探討了脫粘對鋼管混凝土單圓管拱肋和桁式拱肋的影響。結果表明,鋼管與核心混凝土的脫粘是難以避免的,溫差效應及核心混凝土的收縮是導致脫粘的主要原因,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置內栓釘的鋼管混凝土節(jié)點傳力性能對比試驗研究。結果表明,當脫粘出現后,腹桿內力無法順利地傳遞給管內混凝土,脫粘對節(jié)點附近受力影響較大;在設置內栓釘后,無論弦桿是否出現脫粘,內栓釘都能將腹桿內力傳遞給管內混凝土,且對節(jié)點以下一倍腹桿直徑范圍內的影響最大;內栓釘的傳力效果要優(yōu)于完全粘結的傳力效果;腹桿與弦桿管徑比對內栓釘布置范圍影響很小。(3)進行了內栓釘傳力機理分析,結果表明,在弦桿軸向,弦桿鋼管、內栓釘和管內混凝土主要受力區(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,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。(4)探討了鋼管混凝土節(jié)點內栓釘的設置方法,建議在弦桿環(huán)向,內栓釘主要均勻布置在節(jié)點中心-60°～60°范圍內,在該范圍外可以不予布置;在弦桿軸向,內栓釘布置在節(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,且弦桿與腹桿相交處宜設置內栓釘。(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、設置內栓釘的有限元計算模型,分析了不同脫粘程度及設置內栓釘對其力學性能的影響。結果表明,拱肋脫粘長度對鋼管與核心混凝土內力、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。在桁拱脫粘范圍內節(jié)點處設置內栓釘后,與完全粘結相比,桁拱剛度和極限承載力均有所提高,且設置內栓釘的節(jié)點數目越多,其提高程度越大。
【學位授予單位】：福州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：U441
【圖文】：

管混凝土節(jié)點內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，且與純鋼結構相比，能大大減少鋼材的設施建設中，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構，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生的脫粘，專家學者均提出了一些相應的防治措施。比如使用隔熱逡逑材料來降低鋼管與管內混凝土的溫差［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混凝土收縮導致的逡逑脫粘［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；涂光亞分析了內法蘭構造［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，但該構造沿拱肋軸向的布置數量和范圍有限，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)逡逑點弦管內壁焊接栓釘（內栓釘）的構造措施，如圖１－３所示。內栓釘能夠在鋼管混逡逑凝土產生脫粘后，使得桁拱節(jié)點處的腹桿內力經弦桿鋼管傳遞到管內混凝土，混凝逡逑土與鋼管可以協(xié)同工作。雖然這種構造措施已經應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），逡逑且也有一些設計和構造建議但針對其應用的研究還不夠充分，尤其對于內逡逑栓釘的傳力機理仍沒有明確，設置內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生的界面均布拉應力ｐ逡逑作用下，對于核心混凝土，有［＝０，ｒ２＝ａ，ｉ＝０，邋％＝－ｐ，根據式（２－１）和逡逑式（２－２），核心混凝土的應力為：逡逑0■／邋＝邋ｐ邐（２－３）逡逑0■／邋＝邋ｐ邐（２－４）逡逑根據文獻［４７］，平面應變問題中的本構方程為：逡逑Ｉ尋士）逡逑丨＝辛（？－＃）邐（２－５）逡逑２（１邋＋邋Ｍ）逡逑設核心混凝土的彈性模量為盡，泊松比為從，根據式（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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