论文部分内容阅读
混合梁以其能充分发挥钢主梁与混凝土主梁各自的优点,在桥梁建设中得到了越来越多的应用。但其主梁刚度在钢—混结合段发生突变,使得钢—混结合段成为结构体系的关键控制点;中跨钢主梁的正交异性桥面系面临钢结构疲劳开裂和铺装层损害两大难题。为此,中跨钢梁采用湖南大学邵旭东教授提出的带板肋的钢—UHPC轻型组合结构,并将其中的UHPC层连续延伸,盖过钢—混结合段,并部分伸入混凝土箱梁(2.5m),形成超高性能混合梁。钢—UHPC轻型组合结构可以解决钢桥面系疲劳开裂和铺装层损害两大难题。本文针对超高性能混合梁的钢—混结合段进行初步研究,通过有限元分析方法完成了以下工作:(1)利用ANSYS建立有、无UHPC层的两种钢—混结合段构造形式的有限元局部模型,采用传统悬臂加载模式,对比分析在单一弯矩、轴力及压弯荷载作用下UHPC层对钢—混结合段受力性能的影响。结果表明:UHPC层作为结构层参与受力,主要影响钢—混结合段上部的钢顶板和混凝土的应力,离顶板较近,影响越大;对下部的钢底板和混凝土的应力影响不大。(2)详细阐述基于ANSYS的混合连续梁桥钢—混结合段多尺度建模方法。(3)基于多尺度有限元模型,对比分析UHPC层对钢—混结合段受力性能的影响。与传统悬臂加载模型相似,结果表明:UHPC层作为结构层参与受力,主要影响钢—混结合段上部的钢顶板和混凝土的应力;可显著降低汽车局部轮载作用下结合面1钢顶板的纵桥向应力。(4)基于多尺度有限元模型,模拟大桥从施工到运营的全过程。结果表明:钢—混结合段内部混凝土应力主要来自边跨顶板合拢束和结合段局部预应力束,在各个阶段中,预应力束使结合段内部混凝土处于受压状态;大桥合拢前,结合段的最不利阶段是中跨钢箱梁合拢吊装阶段;合拢后,全桥结构由悬臂体系转换为整体体系,提高了桥梁结构的整体受力性能,使结合段的整体压应力水平略微增加;成桥后,结合段位于中跨反弯点附近,汽车荷载对其应力分布影响不明显。(5)基于多尺度有限元模型,分析最不利负弯矩工况下钢—混结合段各构件的应力水平,并对各构件的应力传递进行探讨。结果表明:结合段除预应力锚固区域存在应力集中外,整体应力水平不高,上翼缘混凝土处于预压状态,未出现拉应力;钢主梁上的应力能通过结合段顺利传递至混凝土梁,但需关注因结合段内部剪力键的群钉效应而使结合段两端混凝土和UHPC层应力变化较大的现象。