波形鋼―混凝土組合橋面板受力性能研究.pdf

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1、世界橋梁２０１６年第４４卷第３期（總第１８１期）７３波形鋼―混凝土組合橋面板受力性能研究郭敏，張靜，任偉新（合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽合肥２３０００９）摘要：為研究新型橋面板結(jié)構(gòu)波形鋼－混凝土組合橋面板的受力性能，以安徽省淮南孔李淮河大橋的橋面板為研究對象，應(yīng)用有限元軟件ABAQUS建模，采用子模型法，計(jì)入混凝土、波形板及鋼筋的材料非線性，考慮混凝土與波形板之間的接觸非線性，比較了波形鋼－混凝土組合橋面板和鋼筋混凝土橋面板的承載能力和剛度。研究結(jié)果表明：波形鋼折板可顯著提高橋面板的抗彎承載能力及剛度；波形板

2、及混凝土底面應(yīng)變沿橋梁橫向分布波動較大；波形板與混凝土之間相對滑移量較小，２種材料協(xié)同工作性能較好，然而波形板與混凝土的法向接觸行為并不均勻。關(guān)鍵詞：波形鋼折板；組合橋面板；承載能力；剛度；有限元法；子模型法中圖分類號：U４４３．３１；TU３１１．１文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：１６７１－７７６７（２０１６）０３－００７３－０５1引言為了克服重車作用下橋面板抗剪能力的不足，橋面板作為直接承受車輛荷載的構(gòu)件，在車輛提出了一種由波形鋼板、高強(qiáng)度混凝土和鋼筋共同荷載長期作用下，往往會遭受比較嚴(yán)重的損害，如大結(jié)合而成的新型組合橋面

3、板———波形鋼―混凝土組量橫向裂縫，破碎性損壞，鋼筋外露、銹蝕，泛堿，脫合橋面板。通過在波形鋼折板上焊接剪力釘，使鋼空等，加上近年來我國公路超載現(xiàn)象嚴(yán)重，造成橋面折板與混凝土形成整體，協(xié)同受力，能夠充分利用鋼［１］板破損頻率高，嚴(yán)重影響橋梁日常行車安全。材的性能，相對于同厚度的鋼筋混凝土橋面板，大大傳統(tǒng)橋面板多采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，但隨著主提高了結(jié)構(gòu)承載能力；鋼板做成波形結(jié)構(gòu)，根據(jù)結(jié)構(gòu)梁根數(shù)的減少以及梁間距的逐漸增大，要求橋面板力學(xué)需要進(jìn)行斷面設(shè)計(jì)，可以減輕結(jié)構(gòu)自重，同時波具有較大抗彎剛度和承載能力。為此提出了鋼板―形

4、板可以充當(dāng)橋面板施工時的模板。目前，這一新混凝土組合橋面板方案，該方案是用剪力釘或開孔型橋面結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外鮮有報(bào)道，我國部分橋梁上已［８‐９］鋼板連接件等構(gòu)件將鋼板和混凝土結(jié)合而成的橋面經(jīng)開始探索采用這一新型結(jié)構(gòu)。板形式，充分利用了鋼板和混凝土２種材料的性能以往為了避免有限元分析中網(wǎng)格劃分太細(xì)導(dǎo)致優(yōu)勢。目前鋼板―混凝土組合板的研究主要集中在計(jì)算緩慢，對橋面板結(jié)構(gòu)的研究一般是對一獨(dú)立板［２］壓型鋼板―混凝土組合板以及底部鋼板為平板形段進(jìn)行局部分析，采用簡支或者固定的邊界條件，忽式的鋼板―混凝土組合板。２００６年建成通車的

5、廣略了橋梁整體受力對橋面板的影響。實(shí)際上橋梁整東佛山市東平大橋是我國首座采用鋼板―混凝土組體受力變形對橋面板影響較大，做這樣的簡化往往［３‐４］合橋面板的橋梁，占玉林和趙人達(dá)等對東平大橋使得計(jì)算結(jié)果與橋面板真實(shí)受力狀態(tài)不符。本文以鋼板―混凝土組合橋面板的整體性能進(jìn)行了試驗(yàn)分安徽省淮南孔李淮河大橋的橋面板為研究對象，采［１０‐１２］析，制作了幾何縮尺比為１∶１的簡支單向板，對試用基于圣維南原理的子模型法（又稱為切割邊件的靜載及疲勞性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，表明此種形界位移法），可得到結(jié)構(gòu)部分關(guān)鍵區(qū)域精確解。運(yùn)用［５‐６］式橋

6、面板剛度大，具有較高的安全儲備。楊勇等大型通用有限元軟件ABAQUS建立波形鋼―混凝分別對８塊組合橋面板試件進(jìn)行了兩點(diǎn)對稱集中加土組合橋面板的三維有限元模型，分析這一新型橋面載的靜力試驗(yàn)研究，對６塊組合橋面板試件進(jìn)行了板結(jié)構(gòu)的受力性能，為以后更進(jìn)一步研究提供基礎(chǔ)。等幅疲勞試驗(yàn)研究，結(jié)果表明其受彎承載能力和剛度較高。２０１５年四川省制定了枟鋼―混凝土組合橋2工程概況［７］面板技術(shù)規(guī)程枠地方標(biāo)準(zhǔn)。安徽省淮南孔李淮河大橋右汊航道橋?yàn)椋晨玟撌崭迦掌冢海玻埃保担保玻玻弊髡吆喗椋汗簦ǎ保梗福福?，女，２０１０年畢業(yè)于中南大

7、學(xué)土木工程專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，２０１６年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)橋梁與隧道工程專業(yè)，工學(xué)碩士（E‐mail：guomin＠m(xù)ail．hfut．edu．cn）。７４世界橋梁２０１６，４４（３）箱下承式連續(xù)系桿拱橋（見圖１），跨徑布置為（１１０＋１８０＋１１０）m。拱圈及主縱梁均采用鋼箱結(jié)構(gòu)；橋面系為縱橫梁格構(gòu)式鋼―混凝土組合梁（見圖２），主橋采用雙向６車道，全寬４２m?？紤]到運(yùn)營期間超重車偏多，常規(guī)鋼混組合梁結(jié)構(gòu)的鋼―混預(yù)圖4橋梁整體模型制板與縱橫鋼梁鉚釘連接不十分可靠，且支點(diǎn)位置處上緣出現(xiàn)的拉應(yīng)力會造成混凝土開裂。在吸取“鋼―

8、混凝土組合正交異性橋面板”經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，引入波形鋼板作為橋面板底板，其上布置折線形普通鋼筋，再澆筑混凝土。波形鋼－混凝土組合橋面板厚度為２５０mm，波形鋼折板采用Q３４５qD鋼，板厚８mm，橋面板構(gòu)造示意如圖３所示。圖5橋梁支座布置橋滿載，荷載標(biāo)準(zhǔn)為公路－Ⅰ級。3．2橋面板板段局部模型由于主跨跨中位置橋面板受整體模型影響較大，擬選取主跨跨中位置