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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

作　者: 李涛
导　师: 杨溥
学　校: 重庆大学
专　业: 土木工程
关键词: 钢-混凝土接头 PBL剪力连接件安全评估受力特性
分类号: U441
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 45次
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内容摘要

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。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-16
  1.1 论文的选题背景  8-9
  1.2 重庆石板坡长江大桥复线桥概况  9-11
  1.3 剪力连接件研究现状  11-14
    1.3.1 剪力连接件的构造和种类  11-12
    1.3.2 国外关于剪力连接件在混凝土中性能的研究近况  12-13
    1.3.3 国内关于剪力连接件在混凝土中性能的研究近况  13-14
  1.4 本文的主要工作  14-16
2 材料本构模型与地震波的选取  16-20
  2.1 有限元分析的材料本构  16-18
    2.1.1 材料非线性  16
    2.1.2 混凝土的本构模型  16-17
    2.1.3 钢材的本构模型  17-18
  2.2 地震波的选取与输入  18-19
    2.2.1 地震波的选取  18
    2.2.2 地震波的输入  18-19
  2.3 小结  19-20
3 PBL 剪力键的有限元分析  20-32
  3.1 PBL 剪力键有限元模型的建立  20-22
  3.2 PBL 剪力键的受力性能  22-29
    3.2.1 PBL 剪力键的滞回曲线  22-24
    3.2.2 PBL 剪力键往复荷载作用下的应力分布  24-27
    3.2.3 PBL 剪力键的骨架曲线  27-29
  3.3 模拟连接的连接单元  29-30
  3.4 小结  30-32
4 钢-混凝土接头的有限元分析  32-54
  4.1 钢-混凝土接头受力分析  32-35
    4.1.1 钢-混凝土接头构造设计基本情况  32
    4.1.2 钢-混凝土接头传力机理分析  32-33
    4.1.3 钢-混凝土接头区段内力  33-35
  4.2 静力荷载工况作用下钢-混凝土接头的有限元分析  35-45
    4.2.1 局部有限元模型的建立  35-36
    4.2.2 静力荷载工况作用时的应力分布  36-39
    4.2.3 各工况下的静力响应及与已有试验结果的对比  39-45
  4.3 整桥模型的地震波时程分析  45-53
    4.3.1 钢-混凝土接头两端截面时程分析结果  45-47
    4.3.2 钢-混凝土接头的应力分布  47-49
    4.3.3 连接器的位移时程  49-53
  4.4 小结  53-54
5 钢-混凝土接头的局部安全评估  54-60
  5.1 桥梁的健康监测  54-56
    5.1.1 健康监测的作用  54-55
    5.1.2 桥梁健康监测的关键问题和理论研究进展  55
    5.1.3 桥梁安全评估方法  55-56
    5.1.4 温度修正原理  56
  5.2 钢-混凝土接头的局部安全评估  56-59
    5.2.1 阀值的确定  56
    5.2.2 传感器布置位置  56-57
    5.2.3 局部安全状态评估  57-59
  5.3 小结  59-60
6 结语  60-62
  6.1 主要结论与成果  60-61
  6.2 后续研究工作展望  61-62
致谢  62-64
参考文献  64-68
附录  68-84
  A 其余静力荷载工况作用时的应力分布  68-73
  B 三组地震波多遇和罕遇地震内力时程  73-78
  C 钢-混凝土接头的局部安全评估  78-84
  D 作者在攻读硕士学位期间发表的论文  84

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