特大跨连续刚构桥刚混接头有限元分析

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近年来,随着大跨度桥梁的快速发展,为了尽可能充分发挥各种材料自身的优点,提高结构抵抗荷载的综合能力,确保达到既安全又经济的效果,在桥梁结构设计中,钢-混凝土混合结构的使用逐渐成为一种趋势。   在大跨度桥梁工程中,钢箱梁与混凝土箱梁的结合部位采用钢-混凝土接头,在以往的工程实际中已经被广泛应用,尤其在斜拉桥和拱桥上应用的比较多。2006年9月建成通车的重庆长江大桥复线桥是世界上首次采用钢-混凝土接头的连续刚构桥,开创了大跨度刚构桥使用钢-混凝土接头的先河。   重庆长江大桥复线桥主跨达330米,刷新了连续刚构桥跨径的世界纪录,其钢-混凝土接头形式为填充混凝土后承压板式,接头在功能需求上主要承受弯矩和剪力作用,轴向压应力主要由承压板承担,剪应力主要由PBL剪力键承担,拉应力由预应力钢筋承担。利用有限元软件ANSYS建立钢-混凝土接头的局部三维有限元模型,将采用实体单元模拟的混凝土、钢箱、PBL剪力键、预应力钢筋进行耦合,计算分析接头各部件的应力分布情况,得到其传力机理。分析表明:钢-混凝土接头传力明确,受力比较均衡;PBL剪力键承担绝大部分的剪力,顶板及底板的剪力键应尽量分布在外侧;为了抵消结构在弯矩作用下产生的较大拉应力,需要设置足够的预应力钢筋。   本文以重庆长江大桥复线桥为工程背景,主要工作有以下内容:   1.系统地总结以往钢-混凝土接头的设计类型,分析、评价其受力性能。   2.通过运用ANSYS软件建立简易PBL剪力键构件模型,结合以往试验数据,分析其在钢-混凝土接头中的作用及破坏机理,总结影响其极限抗剪承载力的主要因素。   3.通过运用ANSYS软件建立大桥钢-混凝土接头部位的局部三维有限元模型A和钢混接头所在梁模型B,分析研究钢-混凝土接头的主要受力构件及其传力机理。   4.研究接头部位各材料构件的应力大小与分布情况及其安全储备情况。   5.研究PBL剪力键的作用机理和受力性能,通过分析其应力大小和分布情况,分析其抵抗剪力和弯矩的能力,对其分布位置进行优化处理。
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