集簇式栓钉连接钢混组合梁桥横向分布系数研究文献综述

 2022-10-28 10:10
  1. 文献综述(或调研报告):

钢混组合梁桥的构思及应用由来己久,最早在西方国家得到发展应用[1][2][3]。在20世纪初期,工程中开始将混凝土桥面板简单叠置在钢梁的上表面,桥面板作为承受轮压的局部受力构件,钢梁作为桥跨主梁承受桥面系荷载[4],此时,钢与混凝土交界面上未设置机械连接件。

随着组合梁的应用和发展,组合梁桥的桥面板也出现多种形式。常用形式主要包括:

在钢梁上现浇混凝土面板的结构,通过钢梁上翼缘满布栓钉传递剪力,但由于混凝土的早期收缩,容易引起桥面板开裂。

预制-现浇叠层桥面板结构,采用钢梁预制、桥面板部分现浇的方式形成组合结构体系,以预制混凝土板为模板,现浇剩余的桥面板部分。该种形式结构在施工现场仍存在较多的混凝土浇筑作业。

全预制桥面板形式,将钢梁上的集簇式栓钉与预制桥面板上预留的剪力槽孔进行连接,形成组合结构。此时,预制桥面板与钢梁叠合受力。该组合结构形式可以减少施工现场的模板及混凝土浇筑作业,大大缩短了桥梁建设时间,充分展现出桥梁工业化技术的突出优势。

组合梁桥在我国发展很快,跨度越来越大,应用范围越来越广泛。据不完全统计,仅北京、深圳、广州等城市己建成的组合梁桥就己经超过百座[5]。在我国,全厚式预制混凝土板也开始出现在工程应用中(港珠澳大桥非通航孔、常州平陵大桥)。但我国的组合梁桥形式大部分还是采用钢梁工厂制造,桥面板原位现浇叠合而成。这种施工方式在我国的发展有吊装要求低、成本较小等优势;但其现浇混凝土量依然较大,对环境的干扰也较大,不符合可持续发展的趋势。随着我国劳动力成本的增加,桥梁工业化的理念也越来越多的被提及。快速拼装新型钢-混凝土组合梁桥体系正是这一理念的体现。

钢-混凝土组合结构的分析方法的发展于 20 世纪初,首先是 1912 年由英国学者E.S.Andrens 提出换算截面理论,该分析方法物理意义明确、计算简便,适用于弹性应力、刚度计算,但未考虑界面滑移对钢-混凝土组合结构的影响。1951 年美国学者N.M.Newmark[6] 首先提出不完全交互作用理论,该分析方法公式推导和计算方法较复杂、不便实用,但该计算方法考虑了滑移影响组合梁变形计算。1962 年 Thurliman 首先提出简化塑性理论,该分析方法采用塑性理论,假定钢梁全截面屈服,用内力平衡条件求解中心轴。在国内,虽然钢-混凝土组合梁的研究相对于国外时间短,但已有许多学者对组合梁的承载力计算、塑性内力重分布性能、塑性性能、钢梁的局部稳定问题以及负弯矩区混凝土裂缝形成及扩展等静力性能方面的问题开展了研究。

简支混凝土梁桥的受力分析一般是按单梁进行内力分析计算,但桥梁结构实际上依靠各部分的刚度对荷载进行横向分布,所以对桥梁进行荷载横向分布计算,无论从荷载试验或者理论分析来看,显然都是合理的。在实际应用中通过实测值与计算值比较,发现两者还是有很大差距,因此为了计算值接近能合理体现实测值,需要一定合理的假定为支撑,所以提出桥梁在活载作用下应考虑沿横向分布。

对于钢-混凝土组合梁桥荷载横向系数研究,聂建国[7]用两根钢-混凝土组合梁加宽混凝土T 梁构件进行试验,得出在梁体跨中处的荷载横向分布系数与修正刚接梁法、刚性横梁法计算结果接近;在梁体支点处的横向分布系数与杠杆法计算结果相近。王阵[8]等人研究推导得出可采用弹性支承连续梁简化方法计算拱梁组合式连续梁桥的横向分布系数。李新生[9]等人提出在横向不等跨且横梁刚度沿跨度变化下空间梁拱组合体系桥梁荷载横向分布计算。

钢-混凝土组合结构由于具有良好的受力性能和应用价值,己经成功运用于大跨度桥梁结构中。钢混组合梁桥是通过剪力钉连接混凝土桥面板与钢主梁,以保证二者共同作用。 目前,剪力钉布置方式主要采用均布式,其剪力钉受力具有比较均匀的特征,但是也造成混凝土桥面板分块和湿接缝较多,引起施工不便和增加工期。 港珠澳大桥钢混组合连续箱梁的剪力钉采用了新颖的集簇式布置方式,它可以对桥面板进行分块预制整体拼装,具有施工速度快、安装质量好、钢混组合梁整体性能优越的特点。 但是,剪力钉集簇式布置对钢混组合梁桥整体受力性能的影响和剪力钉的受力性能成为桥梁设计人员非常关心的问题。 因此,对剪力钉集簇式布置的钢混组合梁桥荷载横向分布系数进行分析研究,对掌握钢混组合梁桥的设计方法和营运性能具有重要的理论意义。

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