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钢板—混凝土组合桥面板静力及疲劳性能试验研究

作　者: 霍旭东
导　师: 薛建阳；杨勇
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 结构工程
关键词: 钢板-混凝土组合桥面板静力性能非线性有限元疲劳性能刚度退化疲劳寿命
分类号: U441
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

钢板-混凝土组合桥面板是由底部钢板和混凝土通过栓钉或开孔钢板等形式的剪力连接件结合成的新型组合桥面板形式。与传统的桥面板相比,钢板-混凝土组合桥面板具有刚度大、承载力高等特点,能有效地实现大跨度桥面板的设计应用。在桥面板施工中,底部钢板可以起到模板的作用,免除模板支撑架设和拆除工作,实现快速施工。同时,在钢筋混凝土桥面板的翻修和改建工程中,采用钢板-混凝土组合桥面板能够加快施工进度和减小交通影响。因此,钢板-混凝土组合桥面板在工程实践中具有广泛的应用前景。为研究钢板-混凝土组合桥面板在静力及疲劳荷载下的受力性能,本文对钢板-混凝土组合桥面板试件进行了静力试验及等幅疲劳试验。通过对4个钢板-混凝土组合桥面板试件进行静力试验表明,组合桥面板具有较高的受弯承载力和刚度,破坏形式均表现为弯曲破坏。为进一步研究钢板-混凝土组合桥面板的受力性能,文中采用有限元软件ABAQUS分析了4个试件在静力荷载下的非线性性能。对10个钢板-混凝土组合桥面板试件进行了等幅疲劳试验,试验主要考察了栓钉布置、开孔钢板连接件数量及疲劳荷载幅值等3个因素对组合桥面板的疲劳破坏模式及疲劳损伤程度的影响。试验过程中对组合桥面板各个主要时刻的动挠度、混凝土应变、底部钢板应变、残余挠度及剩余承载力进行测量。试验结果表明:组合桥面板的疲劳加载次数与底部钢板疲劳应力幅有直接的关系,而栓钉的布置及开孔钢板连接件的数量对组合桥面板的疲劳性能影响较小,组合桥面板疲劳破坏形态均表现为底部钢板疲劳断裂,受压区混凝土压碎。最后,在疲劳试验的基础上,本文提出钢板-混凝土组合桥面板在疲劳荷载下刚度及疲劳寿命计算方法。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
1 绪论  10-20
  1.1 课题背景  10-13
    1.1.1 组合板研究及应用现状  10
    1.1.2 钢板-混凝土组合桥面板特点及应用  10-13
  1.2 课题的目的和意义  13-14
  1.3 桥面板疲劳性能研究现状  14-19
    1.3.1 疲劳发展史  14-15
    1.3.2 桥面板疲劳性能国外研究现状  15-17
    1.3.3 桥面板疲劳性能国内研究现状  17-19
  1.4 本文的主要研究内容  19-20
2 钢板-混凝土组合桥面板静力试验及有限元分析  20-46
  2.1 试验目的及内容  20
  2.2 试验概况  20-25
    2.2.1 试件设计及材料特性  20-22
    2.2.2 试验装置及加载方案  22-23
    2.2.3 试验测试内容及测点布置  23
    2.2.4 受力过程及破坏特征  23-25
  2.3 试验结果及分析  25-28
    2.3.1 主要试验结果  25
    2.3.2 荷载-跨中挠度曲线  25-26
    2.3.3 截面及钢板应变发展  26-27
    2.3.4 裂缝分布  27-28
  2.4 组合桥面板受弯承载力计算  28-31
  2.5 有限元模拟分析  31-45
    2.5.1 混凝土本构关系  31-37
    2.5.2 钢材本的关系  37
    2.5.3 有限元计算模型建立  37-38
    2.5.4 有限元计算结果分析  38-45
  2.6 本章小结  45-46
3 钢板-混凝土组合桥面板疲劳性能试验研究  46-59
  3.1 试验目的  46
  3.2 试验方案  46-51
    3.2.1 试件设计  46-47
    3.2.2 试验装置及加载方案  47-49
    3.2.3 测点布置及测试内容  49-51
  3.3 疲劳试验过程  51-57
    3.3.1 试件CB-3-1-1  51-53
    3.3.2 试件CB-3-1-2  53-54
    3.3.3 试件CB-2-1-1  54-56
    3.3.4 试件CB-2-1-2  56-57
  3.4 本章小结  57-59
4 钢板-混凝土组合桥面板疲劳性能分析  59-77
  4.1 截面应变特征及分析  59-62
    4.1.1 沿跨中截面高度应变发展及分析  59-61
    4.1.2 受压区混凝土应变与底部钢板应变发展及分析  61-62
  4.2 跨中挠度和刚度分析  62-73
    4.2.1 动态挠度及残余挠度分析  62-70
    4.2.2 疲劳后静载荷载-挠度曲线  70
    4.2.3 刚度退化分析  70-73
  4.3 剩余承载力分析  73-74
  4.4 本章小结  74-77
5 常幅荷载作用下组合桥面板刚度及寿命预测  77-84
  5.1 组合桥面板疲劳刚度计算  77-81
    5.1.1 组合桥面板弹性刚度  77-79
    5.1.2 混凝土疲劳变形模量及疲劳强度  79-80
    5.1.3 钢材的疲劳变形模量及疲劳刚度  80
    5.1.4 承受疲劳荷载组合桥面板挠度计算  80-81
  5.2 组合桥面板疲劳寿命预测  81-83
  5.3 本章小结  83-84
6 结论与展望  84-86
  6.1 主要结论  84-85
  6.2 展望  85-86
参考文献  86-91
致谢  91-92
附录  92
  附录一：攻读硕士期间的研究成果  92
  附录二：硕士期间参与的主要科研项目  92

钢板—混凝土组合桥面板静力及疲劳性能试验研究

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