大跨曲线钢-混凝土组合连续梁桥水平剪力分布规律分析.pdf

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1、大跨曲线钢一混凝土组合连续梁桥水平剪力分布规律分析肖杰1，郑义2，陈明贵1，冯克岩桥梁工程器一菇ri-。p一．匿ng∽eer{％(1．天津市政T程设计研究院，天津30005l；2．天津市第一市政公路工程有限公司，天津300051)摘要：针对大跨曲线钢一混凝土组合梁弯扭耦合现象，建立考虑剪力键水平滑移效应全板壳单元模型，研究分析剪力键在不同荷载作用下的受力状态。分析表明：曲线组合梁桥剪力键在制动墩位置处纵、横向水平剪力最大，纵向水平剪力远大于横向水平剪力：跨中位置处剪力键受力较小，横向和纵向水平剪力基本相当：对于单箱多室

2、截面，中腹板剪力键所受纵向剪力稍大于边腹板．横向剪力则主要由边腹板剪力键承担。关键词：曲线桥梁；钢一混凝土组合梁；剪力键；剪力分布规律中图分类号：U441文献标志码：B文章编号：1009—7767(2013)04—0073—04PatternsAnalysisofHorizontalShearStressDistributionofLongSpanContinuousCurvedSteel—concreteCompositeBeamBridgeXiaoJie，ZhengYi，ChenMinggui，FengKeyan钢

3、与混凝土组合构件通过连接件弹性连接在一起时，由于材料性质不同(在有限元矩阵中主要表现为弹性模量和泊松比不同)，在叠合面上存在轴向应变差，导致构件出现相对滑移。关于组合构件中钢与混凝土之间存在剪切滑移，很多学者已经在试验中证实过了【lI，然而对于曲线桥梁剪力键水平剪力的分布规律鲜有研究。笔者将以一曲线半径为300m，跨径为45m+82m-I-45Ill_的轨道交通组合梁为研究对象，分析剪力连接件在不同荷载作用下水平剪力的分布规律。1有限元模型的建立分析对象为跨径3跨变截面钢一混凝土组合连续梁桥，桥宽9．285～9．560

4、m。中支点钢箱梁高4．15m；边支点钢箱梁高2．15m；中跨跨中钢箱梁高2．45m。钢梁采用单箱双室截面，钢梁底宽6m，每个箱室宽3m。腹板厚25mm，底板厚30mm，上翼缘板厚30mm。横向加劲肋和横隔板间距为3m，厚度为12ITlm。混凝土桥面板采用C50钢纤维混凝土，钢纤维含量为45kg／m3，腹板梗腋处厚度为35cm，其他位置为25cm。中支点处箱梁横断面图见图I。对于连续加载模式(无卸载和再加载)，推荐使用下面的经验公式【’l：僻t--,L4,-一。I导【；l墅』驻缓豳糊T十T十T十●!!!^!塑^塑J!翌+

5、图1中支点断面(cm)o=a．(1一e‘1出)’。(1)式中：Q为水平剪力；Q．为剪力连接件的极限荷载；△为剪力键的水平剪切变形。南式(1)拟合出该桥的荷载一滑移曲线见图2。依据Et本钢结构协会(JSSC)1996年制定的试验方法，把通过最大抗剪承载能力1／3大小处的割线斜度作为该桥焊钉的抗剪刚度。采用midaS程序进行建模分析。有限元模型中采用全板壳模型，混凝土板采用基于Mindlin—ReissnerPlateTheory理论开发的厚板单元．钢箱梁以及横隔板则2013-年$4期(7一)第31巷啼荭投术73器桥梁工程

6、45403530三旃25耀2015lO50／^，，1，，，’，il，}滑移量／mm图2焊钉荷载一滑移曲线采用基于KirchhoffPlateTheory理论的薄板单元，2种板单元均考虑平面内的旋转刚度，仅在连接部位做如下处理：1)图3为混凝土板与钢梁之间连接示意图，混凝土板为厚板单元，在其板中心C．至混凝土板与钢梁交界面点0处用刚臂连接：钢梁上翼缘板为薄板，考虑到板形心C：到交界面仅15mm，不再设置刚臂连接。2)在0点和C：之间设置弹性连接单元，连接单元在水平2个方向的剪切刚度取图3所示最大抗剪承载能力1／3大小处的

7、割线斜度，在竖向掀起刚度则取一较大数值，约为109kN·m，即不考虑栓钉的掀起效应。3)由于连接件数量较多，为方便建模，同时又不影响计算精度，以连接单元的剪切刚度与实际栓钉剪切刚度相等为原则，横向每个翼缘板布置3个弹性连接单元，纵向每1m间距布置1个弹性连接单元。混凝土板__●--。。__-●^_____●^——／c2l、＼钢粱上翼缘板鲤堂图3混凝土板与钢梁之间连接模型示意图图4板壳有限元模型74，聿荭技术2013No．4(Jul．)V01．312栓钉的剪力分布规律分析采用板壳模型(见图4)对剪力键进行计算分析，其中收

8、缩徐变采用混凝土降温10℃来模拟【3】。在分析中，按照实际情况，在外、中和内侧3个翼缘板上，均布置3道剪力键，总共9道剪力键。为了缩减模型大小，剪力键沿纵向按照1m间距布置。为了清楚显示剪力键沿桥长的分布情况，选取最外侧、正中间和最内侧的各1道剪力键进行分析，分析结果见图5～12。——外侧剪力键——中间剪力键一2002040608