铁路混合梁斜拉桥钢混结合段构造及受力性能分析

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钢筋混凝土结构能够提高结构的整体力学性能,尤其在大跨度混合梁斜拉桥建设方面表现出巨大的优越性,混合梁斜拉桥通过边中跨自重不同,改善桥梁整体荷载分布,增强桥梁整体受力稳定性能。该桥型中跨部分梁体为钢箱梁,边跨或伸入主跨一部分的梁体为混凝土箱梁,设置钢混结合段连接钢箱梁和混凝土箱梁,钢混结合段是该类型桥梁的重要组成部分,在功能上要保证钢箱梁与混凝土梁之间位置设置合理、刚度匹配,传力平稳,具有良好的抗疲劳性和耐久性。本文以宁波甬江铁路斜拉桥为背景,结合钢混结合段模型试验,对钢混结合段的位置、钢结构与混凝土梁之间的刚度匹配、钢混结合段内力传递途径、钢混结合段受力行为以及疲劳性能展开了研究,主要研究内容及结论如下:  1、针对钢-混结合段位置进行研究结果表明,本桥钢-混结合点位置选择在中跨侧距桥塔24.5 m处,接头位置处的变形和内力都比较小,和66 m的锚固跨较匹配,利用支架施工,施工方便,经济性能优良。整个钢-混过渡段的截面形心变化平缓,说明由钢箱截面渐变至混凝土截面,截面形心变化平缓。结合点处内力效应不大,车桥振动引起的结合点处振动位移及加速度适中,未出现刚度差异引起的突变响应,钢-混结合点位置设置合理。  2、钢混结合段局部应力模型试验及理论分析表明,在最大正/负弯矩工况作用下,除承压板预应力作用点附近、斜拉索力集中力作用点、加劲肋开孔处以及梁-板单元耦合处出现了一定应力集中外,其它各板件应力过渡平缓,顶、底板的剪力滞效应不甚显著,各项应力水平均小于规范限值要求。在分级及超载工况作用下,混凝土和钢结构各测点均处于受压状态,压应力及位移近似呈线性增加趋势,混凝土和钢板之间未发生滑移。  3、钢混结合段传力途径研究表明,荷载经承压板将力分配到钢箱梁和混凝土梁,钢箱梁上的力通过钢-混结合设置的剪力钉、PBL剪力键以及钢箱梁和混凝土梁之间的摩擦作用传至混凝土梁,再逐渐由变化的混凝土断面传递至标准段混凝土箱梁。在钢-混结合段钢箱梁与混凝土梁共同受力,钢箱梁受力逐渐减小,混凝土梁受力不断增大,最终完全由混凝土梁独自承担活载作用。  4、钢-混结合段疲劳模型试验结果显示,模型各测点应力随着荷载循环次数的增加变化很小,试验模型未出现裂缝及发生剥落现象,表明连接构造疲劳性能良好,结构总体受力合理。钢格室填充混凝土的最大应力值均小于强度容许值,说明钢-混结合段有足够的强度储备。在疲劳试验过程中,整体结构并未出现局部失稳、破坏的现象,说明结构整体变形和应力均在弹性范围内,结构具有足够的疲劳强度安全储备。  混合梁斜拉桥充分发挥了钢材的抗拉性能和混凝土的抗压性能,大大提高了结构的力学性能。以宁波铁路甬江桥钢-混结合段为研究背景,通过数值分析、模型试验等方法,分析和研究了钢-混结合点位置设置、刚度匹配、传力途径、疲劳特性、关键施工技术等,可为同类大跨度铁路混合梁钢混结合段的研究提供研究参考。
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