混合梁自锚式悬索桥钢-混结合段受力性能试验研究

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混合梁自锚式悬索桥具有自重轻、跨越能力强等优点,在公路桥梁中得到了快速发展。钢-混结合段作为混合梁自锚式悬索桥的关键构造,受力复杂。目前,对钢-混结合段受力性能、传力机理及受弯承载力计算理论的研究尚有不足。本文通过钢-混结合段负弯矩受弯试验,结合有限元分析和理论分析,对钢-混结合段的负弯矩抗弯性能及计算理论进行系统研究,主要研究内容和结论如下:(1)通过分析自锚式悬索桥钢-混结合段在最大轴力、最大剪力、最大弯矩(负弯矩)荷载工况下的受力状态,确定了钢-混结合段的最不利荷载工况为最大弯矩荷载组合工况,并据此分析了模型试验加载方式。(2)基于实桥钢-混结合段有限元受力分析,设计了 1:3钢-混结合段缩尺模型(长×宽×高:7m× 1.833m× 1.2m),并进行了四点弯曲负弯矩受弯试验。研究表明:设计荷载工况下,残余位移比0.7%,试验模型处于弹性阶段,该工况下钢-混结合段结构设计合理、安全可靠。超加载工况下,残余位移比19%,结合段出现界面滑移和微裂缝,结构进入弹塑性阶段,该工况下结合段材料应力仍然满足要求,刚度退化不明显。各荷载工况下,钢-混结合段变形折角均较小,刚度过渡平稳。(3)钢-混结合段钢顶、底板应力从钢梁过渡段传递至结合段混凝土的过程中逐渐减小。腹板应力从钢梁过渡段传递至承压板的过程中逐渐减小,从承压板传至结合段混凝土的过程中,应力随着焊钉剪力连接件排数的增加而增大。结合段钢-混凝土相对滑移量较小(不超过0.25 mm)。钢-混结合段受力合理、传力流畅、结合部位变形协调性能良好。(4)根据钢-混结合段各测点应力,计算截面各组件承担的弯矩,进而分析钢-混结合段传力机理。研究表明:承压板是钢-混结合段的主要传力构件,传力占比约51.24%,其余各组件传力占比相当。(5)基于平截面假定,根据相关规范承载力计算原理,采用换算截面法和荷载等效计算钢-混组合截面受弯承载力(开裂弯矩和极限弯矩)。并对钢-混组合截面进行弯矩-曲率分析,提出了预应力钢-混组合截面屈服弯矩计算方法。受弯承载力理论计算值与有限元计算值相差不超过10%,二者吻合较好且理论计算结果偏于安全。
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