钢桁-砼混合梁斜拉桥结合段受力性能研究及构造优化

摘要

钢桁-混凝土混合梁斜拉桥因其力学性能优良，近年来逐渐应用于大跨径公路、铁路及公铁两用斜拉桥建设中，但目前有关钢桁-混凝土混合梁结合段的研究极少，结合段构造设计基本参照普通钢-混凝土结合段的构造原理，结合段刚度和有效截面往往明显大于两侧主梁，结构设计过于安全且施工不便，因而，在实现主梁刚度平稳过渡、传力平顺和变形协调的功能基础上，有必要优化结合段构造。本文以贵州鸭池河大桥为背景，采取静力模型试验和有限元分析相结合的方法，对钢桁-混凝土结合段的受力性能、刚度匹配和变形特点展开研究，并针对钢桁-混凝土结合段的构造特点，提出了构造优化设计方案，主要研究工作和结果如下： （1）进行了钢桁-混凝土结合段静力模型试验，结果表明，在设计荷载工况作用下，钢桁梁段、钢箱过渡段、结合段及混凝土梁过渡段各部分测点应力水平普遍不高，结构大部分测点应力分布均匀、过渡平顺，除预应力张拉处附近、承压板与混凝土箱梁连接处应力值相对较高外，混凝土梁与钢梁段各测点应力值均明显小于规范限制要求；在1.6倍设计荷载工况作用下，各测点的应力-荷载曲线基本呈线性关系，混凝土箱梁与钢梁段整体处于受压状态，结合段附近测点竖向位移非常微小，结合段混凝土与钢板之间变形协调，结合段顶板、底板及承压板上焊接的剪力钉测点应力值较小，测试过程中均处于弹性工作状态。整个试验过程中钢桁-混凝土结合段表现出了良好的力学行为特点。 （2）进行了钢桁-混凝土结合段有限元分析，计算结果较好的验证了试验。在各种工况作用下结构均呈现了与试验相似的行为和力学特点，并进行了1.7倍设计荷载工况作用的研究。总体而言，试验实测应力值普遍小于计算值，且各测点应力测试值与计算值的变化趋势一致。由此推断，实桥按计算应力值进行设计是安全可行的。 （3）通过取消结合段实心段、去掉顶底板焊接的剪力钉并增加承压板板厚进行结合段构造优化设计，这种构造设计能有效减小由结合段实心段所引起的两侧主梁刚度和形心位置的变化并方便施工。有限元分析结果显示，在设计荷载工况作用下，结构应力分布均匀、过渡平顺，钢箱过渡段与承压板连接处无明显的应力突变，钢梁段和混凝土箱梁变形都很小，结构刚度足够且变形协调，表明这种优化结构设计安全可行，可用于同类型桥梁的设计。

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