[博士]斜拉橋索塔錨固區(qū)結(jié)構(gòu)行為與模型試驗(yàn)研究

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　　[博士]斜拉橋索塔錨固區(qū)結(jié)構(gòu)行為與模型試驗(yàn)研究　　學(xué)科專(zhuān)業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：西南交通大學(xué)　　學(xué)位年度：2009　　近年來(lái)，超大跨徑斜拉橋在我國(guó)各地大量興起。索塔錨固區(qū)是斜拉橋中的關(guān)鍵部位，受力比較復(fù)雜。隨著跨度的增加，斜拉索的設(shè)計(jì)噸位已達(dá)到了“千噸”級(jí)的水平，使得索塔錨固區(qū)的受力越來(lái)越大。因此，斜拉橋索塔錨固區(qū)節(jié)段受力性能分析的探討一直以來(lái)受到橋梁界的矚目。本文在收集國(guó)內(nèi)外相關(guān)資料和深入分析已有研究成果的基礎(chǔ)上，以金塘大橋索塔錨固區(qū)為背景，結(jié)合模型試驗(yàn)，對(duì)斜拉橋索塔錨固區(qū)鋼混組合結(jié)構(gòu)剪力鍵選型、拉索錨固結(jié)構(gòu)傳力機(jī)理、實(shí)用計(jì)算方法展開(kāi)研究，主要研究?jī)?nèi)容如下:　　 1、首次提出在索塔錨固區(qū)鋼混組合結(jié)構(gòu)使用新型PBL剪力鍵(帶孔鋼板剪力連接件)，采用試件中部設(shè)計(jì)加載梁傳力裝置的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的推出試驗(yàn)方法，對(duì)兩類(lèi)共計(jì)6組鋼混組合結(jié)構(gòu)剪力鍵模型(栓釘和PBL)進(jìn)行破壞試驗(yàn)。研究了兩者的抗剪承載力、破壞形態(tài)及其內(nèi)力分布規(guī)律，通過(guò)本文定義的方法獲得了兩類(lèi)剪力連接件的抗剪剛度，并與日本鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì)(JSSC)定義的方法進(jìn)行了對(duì)比，考察了試件在荷載作用下的位移響應(yīng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，PBL剪力鍵比栓釘在鋼混組合結(jié)構(gòu)之間具有更高的抗剪承載力。　　 2、在彈塑性變形理論基礎(chǔ)上，對(duì)鋼混組合結(jié)構(gòu)結(jié)合面粘結(jié)應(yīng)力分布函數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo)，建立了索塔錨固區(qū)鋼混組合結(jié)構(gòu)剪力鍵的荷載一滑移本構(gòu)方程?；谧钚《朔ǖ幕驹砭幹屏讼鄳?yīng)的MATLAB程序，對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)曲線擬合得到剪力連接件非線性剪切剛度，同時(shí)給出了相應(yīng)的計(jì)算公式。提出了如何模擬剪力鍵滑移效應(yīng)的詳細(xì)方法，在此基礎(chǔ)上，對(duì)不同混凝土強(qiáng)度、栓釘間距、PBL孔洞直徑、貫通鋼筋直徑和鋼肋條厚度下的剪力鍵試件進(jìn)行單因素的拓展參數(shù)分析，研究各影響因素對(duì)索塔錨固區(qū)鋼混組合結(jié)構(gòu)剪力鍵受力性能的影響?！　? 3、以金塘大橋索塔錨固區(qū)首次采用的拉索錨固結(jié)構(gòu)為背景，對(duì)其進(jìn)行足尺模型試驗(yàn)研究。在加載系統(tǒng)上，設(shè)計(jì)拉索錨固臺(tái)座加載系統(tǒng)，克服了以往反力架對(duì)加載空間要求大的困難。對(duì)索塔錨固區(qū)鋼錨梁一鋼牛腿組合傳力結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)荷載、斷索和超載等多種狀態(tài)下進(jìn)行了模擬，揭示了不同工況下塔壁混凝上和拉索錨固結(jié)構(gòu)的應(yīng)力變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果表明鋼錨梁一鋼牛腿組合結(jié)構(gòu)有很大的安全貯備，同時(shí)驗(yàn)證了在索塔錨固區(qū)鋼混組合結(jié)構(gòu)應(yīng)用新型PBL剪力鍵的可行性?！　? 4、基于鋼混組合結(jié)構(gòu)剪力鍵荷載一滑移本構(gòu)方程，對(duì)索塔錨固區(qū)拉索錨固結(jié)構(gòu)受力行為進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究了塔壁混凝土、鋼錨梁、鋼錨箱及鋼牛腿各部位應(yīng)力布規(guī)律，數(shù)值結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好，理論計(jì)算模式能夠反映結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)，并根據(jù)數(shù)值結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果對(duì)鋼錨梁一鋼牛腿組合結(jié)構(gòu)的傳力機(jī)理進(jìn)行了分析?！　? 5、為了便于工程應(yīng)用和設(shè)計(jì)方便，及時(shí)修改調(diào)整索塔及錨固結(jié)構(gòu)方案，提出了索塔錨固區(qū)拉索錨固結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化分析方法。通過(guò)與塔壁混凝土、鋼錨梁和鋼牛腿控制測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)應(yīng)力對(duì)比，驗(yàn)證了簡(jiǎn)化實(shí)體模型方法的正確性。最后結(jié)合索塔錨固區(qū)模型試驗(yàn)以及實(shí)橋鋼錨梁的安裝工藝流程，編制了具體的施工工法，為推廣鋼錨梁結(jié)構(gòu)在斜拉橋方面的應(yīng)用以及今后其它類(lèi)似結(jié)構(gòu)的施工方案選擇、施工過(guò)程控制提供參考或借鑒。

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