文档介绍：本文研究内容
本文通过缩尺模型试验以考察钢—混凝土接头这种压弯构件的承载力及其力学性能。并利用ANSYS有限元软件对钢-混凝土压弯构件进行荷载—应变、变形关系全过程计算和工作机理分析,将数值计算结果与试验结果进行对比分析。以验证钢—混凝土接头做到能比较流畅地传递各种荷载产生的内力及变形,避免产生应力集中和折角,确保混合结构安全、经久耐用。
本文将在理论分析、试验研究和有限元仿真分析的基础上对钢—混凝土接头变形性能、应力分布和其承载力及破坏模式进行分析。
主要的研究内容有:
1、钢-混凝土结合段结构设计计算方法;
2、钢-混凝土结合段钢与混凝土的传力机制;
3、钢-混凝土结合段钢结构及混凝土应力分布及变形;
4、钢-混凝土结合段承载能力及破坏模式;
第一章绪论
—混凝土复合结构
钢-混凝土复合结构是在钢结构和钢筋混凝土结构基础上发展而来的一种新型结构,它是由不同材料结合成整体结构而共同工作,并能获得比单一材料结构更佳的特性的结构。经过数十年的研究和实践,钢—混凝土复合结构已经发展成为既区别于传统的钢筋混凝土结构和钢结构,又与之密切相关的一门学科,其结构类型和适用范围涵盖了土木工程的整个领域。
随着钢结构与钢筋混凝土结构复合技术的发展和应用的日益广泛,出现了多种复合方式和结构形式,为了统一名词定义、避免混淆,日本有学者对由异种材料组成的结构做了明确定义和分类:复合结构是组合结构和混合结构的总称。
组合结构是指构件截面由钢和混凝土等异种材料部件接合成整体结构而共同工作的结构体系,如组合梁、压型钢板混凝土板、型钢混凝土、外包钢混凝土等结构。
混合结构是部分采用钢构件(例如钢柱、钢梁等)、钢筋混凝土构件(钢筋混凝土柱、钢筋混凝土梁等)、组合构件(钢骨混凝土、钢管混凝土、组合梁)中的两种或两种以上的构件组合成整体的结构。
—混凝土复合结构的应用
钢-混凝土复合结构是结构工程领域近年来发展很快的一个方向。复合结构多运用于高层建筑及大跨桥梁。钢—混凝土复合结构利用了钢材和混凝土各自的材料性能,具有承载力高、刚度大、构建节目尺寸小、施工快速方便等优点。同钢筋混凝土结构相比,复合结构可以减小构件截面尺寸、减轻结构自重、减小地震作用、增加有效使用空间、降低基础造价、方便安装、缩短施工周期、增加构件和结构的延性等优点;同钢结构相比,具有可减小用钢量、增大刚度、增加稳定性和整体性、提高结构的抗火性和耐久性等优点。
随着我国经济建设的快速发展、钢产量的大幅提高、钢材品种的增加、科研工作的深入、应用实践经验的累积,钢—混凝土复合结构在我国也得到迅速的发展和越来越广泛的运用,应用范围已经涉及到建筑、桥梁、高耸建筑、地下结构、结构加固等领域。例如我国的已建成的金茂大厦、深圳地王大厦、赛格广场等超高层建筑,全部或部分采用了复合结构。同时,复合结构还非常适用于斜拉桥、悬索桥、拱桥等大跨径桥梁结构体系,如重庆菜园坝长江大桥、舟山桃夭门大桥、青洲闽江大桥。工程应用实践证明,复合结构综合了钢结构和钢筋混凝土结构的优点,可以用传统的施工方法和简单的施工工艺获得优良的结构性能,技术经济效益和社会效益显著,非常适合我国现阶段基本建设的国情,是具有广阔的应用前景的新型结构体系之一。
近年来,桥梁建设的快速发展得益于铁路和高速公路基础建设的强劲增长。钢—混凝土复合结构类型桥梁相对于其他类型桥梁具有良好的技术特点和较高的成本效益,不但适用于大跨径桥梁建设,而且在中小跨径桥梁建设中具有较强的竞争力。
钢与混凝土结合段时一般采用以下几种方案:焊接钢筋锚固式、PBL剪力键式、剪力钉体外预应力锚固式和外法兰盘预压式等四种设计方案。
焊接钢筋锚固式钢-混结合段方案多用于早期的钢管混凝土系杆拱桥和钢箱结构中。通过在钢结构内外壁焊接粗钢筋,利用粗钢筋在混凝土塔座中的握裹,并在连接区段设置足够的承压钢筋网和其它构造钢筋,实现混凝土与钢箱的可靠连接,同时将部分段落的钢构件埋置于混凝土塔座中。
PBL剪力键式
南京长江三桥钢塔与混凝土桥墩的连接方案,在国内率先引入主要承压构件使用PBL剪力键的模式,在进行钢箱与混凝土锚固时,将钢箱插入混凝土体内一段长度,插入段四边腹板和中间纵隔板开设直径6 cm左右的圆孔,圆孔内放置直径Φ32的粗钢筋,采用特殊工艺保证粗钢筋位于圆孔中心,钢塔内力传递依靠混凝土与钢筋共同组成的剪力键受剪和钢板与混凝土之间的粘结力实现。
剪力钉配合体外预应力锚固式钢混结合段处理方案是北京市路桥工程中最常用的方案,此方案通过在钢箱端部焊接圆头焊钉,塔座预设预应力钢束,在连接段上端设置预应力锚箱,通过张拉预应力