鋼－混凝土組合梁橋負(fù)彎矩區(qū)開裂機(jī)理及控制方法研究

鋼－混凝土組合梁能夠充分發(fā)揮鋼材與混凝土的性能，用于橋梁結(jié)構(gòu)具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。相對(duì)于簡支組合梁橋，連續(xù)組合梁橋具有更優(yōu)越的綜合性能。但是，連續(xù)組合梁負(fù)彎矩區(qū)混凝土的開裂會(huì)降低結(jié)構(gòu)剛度和耐久性，是影響連續(xù)組合梁橋應(yīng)用的關(guān)鍵問題。目前，國內(nèi)外對(duì)這一問題還沒有開展系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。.本課題將在鋼筋混凝土裂縫研究成果的基礎(chǔ)上，通過理論分析、模型試驗(yàn)及數(shù)值計(jì)算等手段，對(duì)鋼－混凝土連續(xù)組合梁橋負(fù)彎矩區(qū)混凝土的開裂機(jī)理、裂縫寬度和抗裂度計(jì)算等問題開展研究，并對(duì)施加預(yù)應(yīng)力、調(diào)整施工順序等裂縫控制方式進(jìn)行比較分析。研究將重點(diǎn)考慮混凝土收縮徐變等長期效應(yīng)以及負(fù)彎矩區(qū)配筋率和構(gòu)造方式等因素的影響。通過研究，將可以建立比較完善的組合梁橋裂縫理論，得到實(shí)用的組合梁橋裂縫計(jì)算公式，提出合理有效的裂縫控制方法和原則，為完善鋼－混凝土連續(xù)組合梁橋的設(shè)計(jì)理論提供依據(jù)，并進(jìn)一步促進(jìn)組合梁橋在我國的應(yīng)用和發(fā)展。 2100433B

輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久是當(dāng)今橋梁工程的發(fā)展方向。本課題提出并研究了一種裝配式連續(xù)玄武巖纖維 (Continuous Basalt Fiber， CBF) 梁-混凝土組合梁橋，該體系能充分發(fā)揮玄武巖纖維復(fù)合材料（Basalt FRP，BFRP）的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、耐久的優(yōu)點(diǎn)，且便于施工。 擬通過理論分析、實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值仿真相結(jié)合的技術(shù)路線，對(duì)這一新型玄武巖纖維組合梁橋的失效機(jī)理與計(jì)算方法進(jìn)行研究。對(duì)BFRP網(wǎng)格單元構(gòu)形仿真模擬，研究該體系的合理構(gòu)造形式；對(duì)比研究金屬剪力連接件和BFRP剪力連接件的性能，掌握BFRP梁與混凝土板界面的黏結(jié)滑移關(guān)系；研究該結(jié)構(gòu)體系總體和局部失效機(jī)理，并通過構(gòu)造和計(jì)算措施對(duì)失效模式進(jìn)行優(yōu)化；建立能考慮材料各項(xiàng)異性、界面黏結(jié)滑移效應(yīng)的簡化計(jì)算方法和力學(xué)模型。 本課題是一項(xiàng)針對(duì)新材料、新結(jié)構(gòu)體系的應(yīng)用基礎(chǔ)研究。

目前國內(nèi)外對(duì)鋼-混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)畸變穩(wěn)定性方面的研究尚不成熟，諸多關(guān)鍵科學(xué)問題亟待解決。本項(xiàng)目將開展鋼-混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)穩(wěn)定性能試驗(yàn)，建立考慮殘余應(yīng)力和初始幾何缺陷的彈塑性有限元數(shù)值仿真模型，探索復(fù)雜受力情況下鋼-混凝土組合梁的畸變屈曲模態(tài)及失效模式。提出考慮外荷載-剛度耦合關(guān)系的下翼緣轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度及側(cè)向約束剛度計(jì)算模型，在考慮外荷載-下翼緣剛度耦合關(guān)系和屈曲前有限變形影響基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)的變軸力彈性地基梁法進(jìn)行改進(jìn)，推導(dǎo)適合變軸力情況的鋼-混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)畸變屈曲臨界荷載實(shí)用計(jì)算公式?？疾熹?混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)極限承載力的影響因素及其影響規(guī)律，提出相應(yīng)的折減系數(shù)計(jì)算公式，最終建立鋼-混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)極限承載力實(shí)用計(jì)算穩(wěn)定曲線。研究成果將進(jìn)一步為鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

本項(xiàng)目建立了考慮殘余應(yīng)力和初始幾何缺陷的彈塑性分析模型，探索了復(fù)雜受力情況下鋼-混凝土組合梁的畸變屈曲模態(tài)及失效模式。提出了考慮外荷載-剛度耦合關(guān)系的下翼緣轉(zhuǎn)動(dòng)約束剛度及側(cè)向約束剛度計(jì)算模型，在考慮外荷載-下翼緣剛度耦合關(guān)系和屈曲前有限變形影響基礎(chǔ)上，對(duì)傳統(tǒng)的變軸力彈性地基梁法進(jìn)行改進(jìn)，推導(dǎo)了適合變軸力情況的鋼-混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)畸變屈曲臨界荷載實(shí)用計(jì)算公式。考察鋼-混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)極限承載力的影響因素及其影響規(guī)律，提出相應(yīng)的折減系數(shù)計(jì)算公式，最終建立鋼-混凝土組合梁負(fù)彎矩區(qū)極限承載力實(shí)用計(jì)算穩(wěn)定曲線。研究成果將進(jìn)一步為鋼-混凝土組合梁結(jié)構(gòu)在實(shí)際工程中的應(yīng)用提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。課題研究期間，發(fā)表論文17篇，其中SCI收錄13篇,EI收錄3篇，協(xié)助培養(yǎng)博士研究生2名，碩士研究生3名。