部分充填式钢箱-混凝土组合连续梁开裂性能试验研究

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钢和混凝土是结构的主要建筑材料,在物理性能和力学性能上有各自的突出点和弱势点,如果仅使用一种材料进行结构建造,其结构性能势必会大打折扣。传统的钢-混凝土组合结构,就是以某种方式将这两种材料结合起来共同工作,做到扬长避短,物尽其用。部分充填式钢箱-混凝土组合连续梁就是以传统的钢-混凝土组合结构梁为立足点,在截面形式上进行的一次创新。主要方式是将组合连续梁负弯矩区钢箱分成上下两个箱室,下箱室充填混凝土形成方钢管约束混凝土整体结构来共同承压,以改善组合连续梁负弯矩区受力性能,提高其承载能力。组合连续梁负弯矩区混凝土翼板受拉,混凝土板的开裂引起组合梁刚度降低、耐久性下降。因此,深入研究混凝土开裂的主要影响因素,弄清组合梁负弯矩区的受力性能,控制混凝土翼开裂依旧是组合连续梁研究中的一个关键问题。  本文结合国家自然科学基金资助项目(51168011,51108109),对短期荷载下部分充填式钢箱-混凝土组合连续梁的受力特点进行了试验研究、理论和有限元分析,对组合梁砼翼板表面裂缝发展、分布情况及其宽度控制进行了较深入的研究,所做的相关试验和成果如下:  (1)完成了6根组合连续梁的静力加载试验,通过对试验数据的整理,绘制了不同配筋率和抗剪连接度条件下连续梁的荷载-挠度,荷载-应变关系曲线,归纳整理了混凝土翼板裂缝的开展特征及分布规律。  (2)分析了混凝土翼板裂缝产生的原因、主要的影响因素及其对抗裂性能的影响。利用弹性理论推导了混凝土翼板开裂弯矩计算公式,计算值和试验结果吻合良好。  (3)对部分充填式钢箱-混凝土组合连续梁负弯矩区裂缝宽度进行了研究。考虑了配筋率和栓钉的布置方式对裂缝宽度的影响,根据试验结果对裂缝宽度的计算公式进行了验证计算和对比分析。结果表明,在弹性阶段,《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2012)和《钢-混凝土组合结构设计规程》(DL/T5085-99)中裂缝宽度的计算方式对此类组合梁裂缝宽度的估算适用性良好.  (4)用ANSYS软件对组合连续试验梁的受力全过程进行了空间弹塑性有限元分析。模拟试验曲线和实测曲线拟合很好,试验现象也和模拟云图反映的情况相对应,说明此次的ANSYS实体建模、分析计算是有效可靠的。
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