铁路混合梁斜拉桥钢混结合段构造及受力性能分析

摘要

钢筋混凝土结构能够提高结构的整体力学性能，尤其在大跨度混合梁斜拉桥建设方面表现出巨大的优越性，混合梁斜拉桥通过边中跨自重不同，改善桥梁整体荷载分布，增强桥梁整体受力稳定性能。该桥型中跨部分梁体为钢箱梁，边跨或伸入主跨一部分的梁体为混凝土箱梁，设置钢混结合段连接钢箱梁和混凝土箱梁，钢混结合段是该类型桥梁的重要组成部分，在功能上要保证钢箱梁与混凝土梁之间位置设置合理、刚度匹配，传力平稳，具有良好的抗疲劳性和耐久性。本文以宁波甬江铁路斜拉桥为背景，结合钢混结合段模型试验，对钢混结合段的位置、钢结构与混凝土梁之间的刚度匹配、钢混结合段内力传递途径、钢混结合段受力行为以及疲劳性能展开了研究，主要研究内容及结论如下：
　　1、针对钢－混结合段位置进行研究结果表明，本桥钢－混结合点位置选择在中跨侧距桥塔24.5 m处，接头位置处的变形和内力都比较小，和66 m的锚固跨较匹配，利用支架施工，施工方便，经济性能优良。整个钢－混过渡段的截面形心变化平缓，说明由钢箱截面渐变至混凝土截面，截面形心变化平缓。结合点处内力效应不大，车桥振动引起的结合点处振动位移及加速度适中，未出现刚度差异引起的突变响应，钢－混结合点位置设置合理。
　　2、钢混结合段局部应力模型试验及理论分析表明，在最大正/负弯矩工况作用下，除承压板预应力作用点附近、斜拉索力集中力作用点、加劲肋开孔处以及梁－板单元耦合处出现了一定应力集中外，其它各板件应力过渡平缓，顶、底板的剪力滞效应不甚显著，各项应力水平均小于规范限值要求。在分级及超载工况作用下，混凝土和钢结构各测点均处于受压状态，压应力及位移近似呈线性增加趋势，混凝土和钢板之间未发生滑移。
　　3、钢混结合段传力途径研究表明，荷载经承压板将力分配到钢箱梁和混凝土梁，钢箱梁上的力通过钢－混结合设置的剪力钉、PBL剪力键以及钢箱梁和混凝土梁之间的摩擦作用传至混凝土梁，再逐渐由变化的混凝土断面传递至标准段混凝土箱梁。在钢－混结合段钢箱梁与混凝土梁共同受力，钢箱梁受力逐渐减小，混凝土梁受力不断增大，最终完全由混凝土梁独自承担活载作用。
　　4、钢－混结合段疲劳模型试验结果显示，模型各测点应力随着荷载循环次数的增加变化很小，试验模型未出现裂缝及发生剥落现象，表明连接构造疲劳性能良好，结构总体受力合理。钢格室填充混凝土的最大应力值均小于强度容许值，说明钢－混结合段有足够的强度储备。在疲劳试验过程中，整体结构并未出现局部失稳、破坏的现象，说明结构整体变形和应力均在弹性范围内，结构具有足够的疲劳强度安全储备。
　　混合梁斜拉桥充分发挥了钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能，大大提高了结构的力学性能。以宁波铁路甬江桥钢－混结合段为研究背景，通过数值分析、模型试验等方法，分析和研究了钢－混结合点位置设置、刚度匹配、传力途径、疲劳特性、关键施工技术等，可为同类大跨度铁路混合梁钢混结合段的研究提供研究参考。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景和研究目的、意义

1.2 国内外混合梁斜拉桥的发展现状

1.3 混合梁斜拉桥钢混结合段的特点

1.4 混合梁斜拉桥钢－混结合段应用与研究现状

1.5 混合梁斜拉桥钢－混结合段研究中存在的问题

1.6 主要研究内容及技术路线

2 钢－混结合段设置位置及刚度匹配研究

2.1 钢－混结合段设置位置研究

2.2 钢－混结合段刚度匹配研究

2.3 小结

3 钢－混结合段局部应力模型试验研究和数值分析

3.1 钢－混结合段试验模型设计

3.2 钢－混结合段模型试验

3.3 模型试验结果及分析

3.4 钢－混结合段局部应力数值分析

3.5 模型试验结果与数值分析结果对比分析

3.6 小结

４ 钢－混结合段传力途径研究

4.1 钢格室传力研究

4.2 钢－混结合段传力途径的数值分析

4.3 小结

5 钢－混结合段疲劳特性研究

5.1 钢－混结合段疲劳模型实验

5.2 钢－混结合段疲劳数值分析和模型试验结果对比分析

5.3 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 创新点

6.3 展望

致谢

附录1 作者在攻读博士期间发表的论文

附录2参与科研项目及获奖情况

参考文献