钢－混凝土组合梁桥负弯矩区开裂机理及控制方法研究项目摘要

钢－混凝土组合梁能够充分发挥钢材与混凝土的性能，用于桥梁结构具有明显的技术经济优势。相对于简支组合梁桥，连续组合梁桥具有更优越的综合性能。但是，连续组合梁负弯矩区混凝土的开裂会降低结构刚度和耐久性，是影响连续组合梁桥应用的关键问题。目前，国内外对这一问题还没有开展系统的试验研究。.本课题将在钢筋混凝土裂缝研究成果的基础上，通过理论分析、模型试验及数值计算等手段，对钢－混凝土连续组合梁桥负弯矩区混凝土的开裂机理、裂缝宽度和抗裂度计算等问题开展研究，并对施加预应力、调整施工顺序等裂缝控制方式进行比较分析。研究将重点考虑混凝土收缩徐变等长期效应以及负弯矩区配筋率和构造方式等因素的影响。通过研究，将可以建立比较完善的组合梁桥裂缝理论，得到实用的组合梁桥裂缝计算公式，提出合理有效的裂缝控制方法和原则，为完善钢－混凝土连续组合梁桥的设计理论提供依据，并进一步促进组合梁桥在我国的应用和发展。 2100433B

轻质、高强、耐久是当今桥梁工程的发展方向。本课题提出并研究了一种装配式连续玄武岩纤维 (Continuous Basalt Fiber， CBF) 梁-混凝土组合梁桥，该体系能充分发挥玄武岩纤维复合材料（Basalt FRP，BFRP）的技术优势，具有轻质、高强、耐久的优点，且便于施工。 拟通过理论分析、实验研究和数值仿真相结合的技术路线，对这一新型玄武岩纤维组合梁桥的失效机理与计算方法进行研究。对BFRP网格单元构形仿真模拟，研究该体系的合理构造形式；对比研究金属剪力连接件和BFRP剪力连接件的性能，掌握BFRP梁与混凝土板界面的黏结滑移关系；研究该结构体系总体和局部失效机理，并通过构造和计算措施对失效模式进行优化；建立能考虑材料各项异性、界面黏结滑移效应的简化计算方法和力学模型。 本课题是一项针对新材料、新结构体系的应用基础研究。

目前国内外对钢-混凝土组合梁负弯矩区畸变稳定性方面的研究尚不成熟，诸多关键科学问题亟待解决。本项目将开展钢-混凝土组合梁负弯矩区稳定性能试验，建立考虑残余应力和初始几何缺陷的弹塑性有限元数值仿真模型，探索复杂受力情况下钢-混凝土组合梁的畸变屈曲模态及失效模式。提出考虑外荷载-刚度耦合关系的下翼缘转动约束刚度及侧向约束刚度计算模型，在考虑外荷载-下翼缘刚度耦合关系和屈曲前有限变形影响基础上，对传统的变轴力弹性地基梁法进行改进，推导适合变轴力情况的钢-混凝土组合梁负弯矩区畸变屈曲临界荷载实用计算公式。考察钢-混凝土组合梁负弯矩区极限承载力的影响因素及其影响规律，提出相应的折减系数计算公式，最终建立钢-混凝土组合梁负弯矩区极限承载力实用计算稳定曲线。研究成果将进一步为钢-混凝土组合梁结构在实际工程中的应用提供理论依据和技术支持。

本项目建立了考虑残余应力和初始几何缺陷的弹塑性分析模型，探索了复杂受力情况下钢-混凝土组合梁的畸变屈曲模态及失效模式。提出了考虑外荷载-刚度耦合关系的下翼缘转动约束刚度及侧向约束刚度计算模型，在考虑外荷载-下翼缘刚度耦合关系和屈曲前有限变形影响基础上，对传统的变轴力弹性地基梁法进行改进，推导了适合变轴力情况的钢-混凝土组合梁负弯矩区畸变屈曲临界荷载实用计算公式。考察钢-混凝土组合梁负弯矩区极限承载力的影响因素及其影响规律，提出相应的折减系数计算公式，最终建立钢-混凝土组合梁负弯矩区极限承载力实用计算稳定曲线。研究成果将进一步为钢-混凝土组合梁结构在实际工程中的应用提供理论依据和技术支持。课题研究期间，发表论文17篇，其中SCI收录13篇,EI收录3篇，协助培养博士研究生2名，硕士研究生3名。