鋼-混凝土組合梁橋界面連接靜力與疲勞性能試驗(yàn)研究.pdf

1、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁在城市立交等一些異形橋梁應(yīng)用越來(lái)越廣泛，這得益于該結(jié)構(gòu)形式可采用便捷無(wú)支架施工方法，以及鋼材在抵御復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)方面的突出優(yōu)勢(shì)。在役組合結(jié)構(gòu)橋梁界面病害問(wèn)題突出表現(xiàn)在兩個(gè)方面:(1)連接件對(duì)橋面板應(yīng)力集中作用，使混凝土橋面板產(chǎn)生沿連接件的縱橫向局部裂縫;(2)由于水分從混凝土局部裂縫，或產(chǎn)生滑移的界面侵入，造成連接件或鋼梁的腐蝕疲勞問(wèn)題。針對(duì)這兩個(gè)方面的病害問(wèn)題，本文對(duì)群釘和單釘靜力性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究，建議群釘承

2、載力折減系數(shù)計(jì)算公式;進(jìn)行了栓釘連接件不同部位初始損傷的推出試驗(yàn)，以模擬栓釘損傷程度對(duì)其靜力性能帶來(lái)的影響;進(jìn)行損傷程度對(duì)栓釘連接件疲勞行為影響的試驗(yàn)研究。具體研究?jī)?nèi)容摘要如下:
　　(1)單調(diào)加載下組合梁界面連接抗剪性能的靜力試驗(yàn)研究
　　進(jìn)行了11個(gè)靜力推出試驗(yàn)，主要研究了栓釘構(gòu)造長(zhǎng)度與混凝土板厚比值、縱橫向筋配筋率、不同直徑、單釘與群釘?shù)葏?shù)對(duì)連接件承載力和粘結(jié)滑移效應(yīng)的影響。
　　對(duì)于釘長(zhǎng)分別為60mm、80m

3、m、110mm的試驗(yàn)，釘長(zhǎng)減小45％，界面抗剪承載力減小3％，抗剪剛度減小25％;短釘試件破壞時(shí)界面出現(xiàn)大面積混凝土剝落，其它試件破壞時(shí)斷面齊整。可見(jiàn)，釘長(zhǎng)在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，抗剪承載力變化不明顯，界面滑移剛度變化顯著，破壞現(xiàn)象存在差異。據(jù)此，建議了“栓釘最小長(zhǎng)度的雙控標(biāo)準(zhǔn)”，即栓釘最小長(zhǎng)度不小于4d徑和0.4倍混凝土板厚。
　　橫向配筋率在變化幅度在20％或縱向配筋率減小37％時(shí)，界面承載力和剛度變化均在7％以?xún)?nèi)，破壞模式無(wú)變化

4、;可見(jiàn)，在混凝土強(qiáng)度較高時(shí)，栓釘周?chē)浣顚?duì)界面抗剪承載力和剛度影響均較小。
　　栓桿面積變化31％，界面抗剪承載力和剛度變化34％和29％，可見(jiàn)，在試驗(yàn)條件下，栓釘承載力和剛度的變化基本與栓桿面積成比例關(guān)系。
　　為研究群釘效應(yīng)，進(jìn)行了單面2釘、4釘、6釘對(duì)比推出試驗(yàn)，栓釘縱向間距為120和200mm時(shí)，單釘抗剪承載力變化17.6％、7.1％，剛度變化41.5％、27.9％。對(duì)國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)總結(jié)擬合得到群釘抗剪承載力的折減系數(shù)，

5、對(duì)本文試件進(jìn)行計(jì)算，與試驗(yàn)結(jié)果偏差在3％以?xún)?nèi)。
　　(2)帶初始損傷的組合梁界面連接抗剪性能試驗(yàn)研究
　　考慮栓釘損傷程度、損傷位置以及混凝土預(yù)裂等因素，進(jìn)行了7個(gè)靜力推出試驗(yàn)，結(jié)果表明:
　　栓釘損傷程度為12.8％、36.6％、62.9％試驗(yàn)中，界面抗剪承載力變化1.2％、7.2％、36.6％，剛度變化2.9％、21.9％、40.5％?？梢?jiàn)，在試驗(yàn)條件下，栓釘損傷30％時(shí)，其承載力折減不大;當(dāng)損傷大于50％時(shí)，其抗

6、剪承載力呈驟減趨勢(shì)。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果采用指數(shù)函數(shù)擬合，得到栓釘損傷程度與承載力關(guān)系函數(shù)，可用于對(duì)組合橋承載力評(píng)估。
　　栓釘損傷距栓桿底部9mm、34mm及兩處同時(shí)損傷時(shí)，界面抗剪承載力變化7.2％、1.2％、6.6％，剛度變化21.9％、2.3％、17％，破壞模式存在差異。可見(jiàn)栓釘損傷后承載力與其損傷位置有關(guān)，當(dāng)損傷位置距栓釘?shù)撞砍^(guò)0.5栓釘高度時(shí)，損傷對(duì)其承載力影響較小。
　　本次預(yù)設(shè)混凝土橫向和縱向裂縫試件，界面承載力和剛

7、度變化均在5％以?xún)?nèi)，破壞模式無(wú)變化。
　　(3)組合梁界面剪力連接疲勞試驗(yàn)研究
　　進(jìn)行了4個(gè)推出試件的等幅疲勞試驗(yàn)，研究了栓釘預(yù)損傷、混凝土預(yù)裂等因素對(duì)界面疲勞性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:在本次試驗(yàn)條件下，栓釘焊接較好時(shí)疲勞壽命可達(dá)116萬(wàn)次，栓釘焊接質(zhì)量不足時(shí)疲勞壽命只有54萬(wàn)次，降低50％以上;栓桿損傷程度63％試件疲勞壽命只有12萬(wàn)次，降低約90％，較其靜力性能降低更為嚴(yán)重。建議在鋼-混凝土組合梁橋設(shè)計(jì)和施工中，須保證

8、栓釘材料質(zhì)量，避免其初始缺陷，加強(qiáng)對(duì)混凝土板和鋼梁的防腐和防侵蝕能力，以降低栓釘?shù)膿p傷程度。
　　(4)組合梁橋疲勞性能影響因素參數(shù)化分析
　　基于數(shù)值計(jì)算模型，探討了組合梁剪力連接度、組合梁跨度、鋼梁高度、混凝土板厚度、混凝土強(qiáng)度等因素對(duì)組合梁疲勞性能的影響。計(jì)算結(jié)果表明:剪力連接度從0.68增加到1.9時(shí)，其疲勞性能僅提高16％，剪力連接度對(duì)組合梁的疲勞性能影響較小。建議鋼-混凝土組合梁橋設(shè)計(jì)時(shí)，在滿(mǎn)足靜力承載的情況下，