重庆石板坡长江大桥复线桥钢—砼接头受力分析及安全评估

论文摘要

钢-混凝土组合梁是钢材和混凝土材料性能的优化结合,其功能取决于钢梁与混凝土梁之间的组合程度,而钢与混凝土之间的组合程度与接头部位的抗剪连接件的密切相关,PBL剪力键是桥梁钢-混凝土接头部位常用的抗剪连接件之一。目前,对PBL剪力键及钢-混凝土接头的相关研究相对较少,对其受力性能和模拟分析仍需进一步研究。本文以重庆石板坡长江大桥复线桥的钢-混凝土接头为工程背景,应用有限元分析程序对钢-混凝土接头及PBL剪力键在静力和动力荷载下的受力性能进行研究,并对该桥的钢-混凝土接头局部的安全状态进行评估,主要研究内容包括:①采用通用有限元程序ABAQUS建立了钢-混凝土接头中单片PBL剪力连接件的有限元模型,考虑了PBL钢板开孔中混凝土和贯穿钢筋的抗剪销栓作用。通过模拟低周往复荷载和单调加载试验,分析了剪力板和混凝土之间的连接性能和主要影响因素,得到剪力键的荷载-位移骨架曲线,为钢-混凝土接头的动力分析提供了恢复力模型;②根据设计资料分析和钢-混凝土接头试验报告,分析了典型静力荷载工况下钢-混凝土接头局部的受力特征,考察了钢-混凝土接头应力的分布以及剪力板和混凝土的相对位移情况,并与实验结果进行对比分析,验证了本文有限元模型的有效性;③利用SAP2000建立了整桥结构模型,选取了3组三向地震波,对其进行了动力时程分析,得到钢-混凝土接头两端截面的内力时程。采用ABAQUS建立了钢-混凝土接头的局部模型,将SAP计算的最大的一组内力时程作用到钢-混凝土接头上,研究了钢-混凝土接头及连接单元在地震作用下的应力分布和相对位移;④根据对钢-混凝土接头静力和动力有限元分析的结果,确定合理的报警阀值,对该桥的钢-混凝土接头进行局部安全状态评估。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 论文的选题背景
• 1.2 重庆石板坡长江大桥复线桥概况
• 1.3 剪力连接件研究现状
• 1.3.1 剪力连接件的构造和种类
• 1.3.2 国外关于剪力连接件在混凝土中性能的研究近况
• 1.3.3 国内关于剪力连接件在混凝土中性能的研究近况
• 1.4 本文的主要工作
• 2 材料本构模型与地震波的选取
• 2.1 有限元分析的材料本构
• 2.1.1 材料非线性
• 2.1.2 混凝土的本构模型
• 2.1.3 钢材的本构模型
• 2.2 地震波的选取与输入
• 2.2.1 地震波的选取
• 2.2.2 地震波的输入
• 2.3 小结
• 3 PBL 剪力键的有限元分析
• 3.1 PBL 剪力键有限元模型的建立
• 3.2 PBL 剪力键的受力性能
• 3.2.1 PBL 剪力键的滞回曲线
• 3.2.2 PBL 剪力键往复荷载作用下的应力分布
• 3.2.3 PBL 剪力键的骨架曲线
• 3.3 模拟连接的连接单元
• 3.4 小结
• 4 钢-混凝土接头的有限元分析
• 4.1 钢-混凝土接头受力分析
• 4.1.1 钢-混凝土接头构造设计基本情况
• 4.1.2 钢-混凝土接头传力机理分析
• 4.1.3 钢-混凝土接头区段内力
• 4.2 静力荷载工况作用下钢-混凝土接头的有限元分析
• 4.2.1 局部有限元模型的建立
• 4.2.2 静力荷载工况作用时的应力分布
• 4.2.3 各工况下的静力响应及与已有试验结果的对比
• 4.3 整桥模型的地震波时程分析
• 4.3.1 钢-混凝土接头两端截面时程分析结果
• 4.3.2 钢-混凝土接头的应力分布
• 4.3.3 连接器的位移时程
• 4.4 小结
• 5 钢-混凝土接头的局部安全评估
• 5.1 桥梁的健康监测
• 5.1.1 健康监测的作用
• 5.1.2 桥梁健康监测的关键问题和理论研究进展
• 5.1.3 桥梁安全评估方法
• 5.1.4 温度修正原理
• 5.2 钢-混凝土接头的局部安全评估
• 5.2.1 阀值的确定
• 5.2.2 传感器布置位置
• 5.2.3 局部安全状态评估
• 5.3 小结
• 6 结语
• 6.1 主要结论与成果
• 6.2 后续研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 其余静力荷载工况作用时的应力分布
• B 三组地震波多遇和罕遇地震内力时程
• C 钢-混凝土接头的局部安全评估
• D 作者在攻读硕士学位期间发表的论文