钢骨混凝土桥梁结构的力学性能及关键技术研究

摘要

钢骨混凝土桥梁结构的应用越来越广泛,但我国桥梁工程界对此缺乏必要的系统研究,更无相应的设计与施工规范条文,而国际上有关试验研究与分析的文献资料也较少,因而,系统分析其力学性能及关键技术,并进行钢骨混凝土桥梁结构的有关试验研究是一个值得关注的问题.首先,本文根据钢骨混凝土桥梁结构的应用特点,系统提出了钢骨混凝土结构在桥梁工程应用上的分类,主要包括普通钢骨混凝土桥梁结构、预弯预应力混凝土组合结构及后张预应力钢骨混凝土结构;根据相关的文献资料及我国公路桥梁设计规范的理论方法,分别进行了力学性能的分析研究,并进行了有关的参数调整对比分析,最后给出了适合于工程应用的极限承载能力状态及正常使用极限状态的计算理论与方法.其次,对钢骨混凝土桥梁结构的关键技术及构造特点进行了分析研究,重点分析了钢骨混凝土桥梁结构的钢-混凝土组合截面及混凝土收缩徐变时效性的计算方法,给出了采用复合单元法时混凝土的徐变、收缩荷载阵及其内力计算步骤及有限元计算的迭代过程;提出了钢骨混凝土桥梁结构的节点构造特点及一般处理方法.再次,对后张预应力钢骨混凝土拉弯梁进行了模型试验研究,得到了其力学性能特点及极限承载力的计算方法.后张预应力钢骨混凝土拉弯梁在桥梁工程上的应用较多,但国内外无相关的试验研究及理论分析文献资料,通过对11片模型梁的参数试验研究,获得了其荷载-应变曲线、裂缝特征、截面应变分布及极限承载力等有关力学性能及破坏模式的重要数据,通过试验数据的参数分析研究,提出了后张预应力钢骨混凝土拉弯梁的极限承载力影响因素及设计计算方法.最后,应用本文的理论方法进行了实桥的分析研究.包括三跨连续全钢骨混凝土梁拱组合桥、国内最大跨径的预弯预应力混凝土组合梁桥及国内第一座城市双层桥面的钢-混凝土组合梁桥.计算分析及现场监测表明,钢骨混凝土桥梁结构的时效性对桥梁的施工及运营安全具有重要影响;全钢骨混凝土组合梁桥的时效性引起的内力重分布可使主要结构的应力幅度增加30~50﹪,同时对桥梁预拱度的影响也必须予以考虑.本文第一次系统的给出了钢骨混凝土桥梁结构的计算理论,模型试验研究发展了对预应力钢骨混凝土桥梁结构的认识,研究结论对指导钢骨混凝土桥梁结构的的设计、施工及运营安全提供了有效的实践依据.

目录

文摘

英文文摘

本人郑重声明

致谢

第一章概述

1.1钢骨混凝土结构应用及研究的历史

1.2钢骨混凝土结构的现状及发展趋势

1.3本文的主要工作及研究内容

第二章钢骨混凝土桥梁结构的力学性能

2.1钢骨混凝土桥梁结构的一般规定

2.1.1钢骨混凝土的特点及适用范围

2.1.2材料的选用

2.1.3结构类型及一般构造

2.1.4设计计算基本原则

2.2钢骨混凝土桥梁结构的强度计算

2.2.1正截面承载能力

2.2.2斜截面承载能力计算

2.2.3刚度及变形计算

2.2.4裂缝宽度计算

2.3小结

第三章预应力钢骨混凝土桥梁结构的力学性能

3.1自应力钢骨混凝土梁桥结构-预弯组合梁

3.1.1预弯组合梁的基本概念

3.1.2预弯组合梁的力学性能

3.1.3预弯组合梁的关键技术

3.1.4预弯组合梁的参数化分析

3.2后张预应力钢骨混凝土桥梁结构

3.2.1后张预应力钢骨混凝土结构的基本概念

3.2.2后张预应力钢骨混凝土结构的极限强度

3.2.3后张预应力钢骨混凝土结构的应力计算

3.3小结

第四章钢骨混凝土桥梁结构的关键技术研究

4.1钢骨混凝土桥梁结构的全时程计算理论

4.1.1组合截面刚度计算的描述

4.1.2混凝土徐变、收缩计算方法

4.1.3钢骨混凝土结构时效性分析的实现

4.2钢骨混凝土桥梁结构的节点构造处理

4.3小结

第五章后张预应力钢骨混凝土拉弯梁的试验研究

5.1试验目的及内容

5.2试验模型及试验方法的建立

5.2.1试验模型

5.2.2试验材料本构关系

5.2.3试验方法

5.3试验过程及数据分析

5.3.1试验模型力学性能：5.3.1.1试验过程及荷载-应变曲线1

5.3.1试验模型力学性能：5.3.1.1试验过程及荷载-应变曲线2

5.3.1试验模型力学性能：5.3.1.2裂缝特征与变形

5.3.1试验模型力学性能：5.3.1.3截面应变分布

5.3.2试验数据参数分析与结构

5.4后张预应力钢骨混凝土拉弯梁的极限承载力研究

5.4.1极限状态混凝土应力分布

5.4.2极限承载力的应变协调法

5.4.3试验及理论计算成果比较

5.4.4极限承载力简化计算

5.5小结

第六章钢骨混凝土桥梁结构的工程应用及现场试验分析

6.1预弯预应力混凝土组合梁桥的制作与现场监测试验分析

6.2三跨连续钢骨混凝土梁拱组合桥施工控制与现场监测

6.3钱江四桥双层桥面组合截面拱桥的施工控制模拟分析

第七章结语

参考文献

附录 攻读博士学位期间完成的论文及科研项目