钢与混凝土混合梁结合部长期作用传力机理研究项目摘要

针对钢与混凝土混合梁结合部，采用模型试验与数值模拟相结合的方法，建立可考虑粘结、滑移的传力模型，以解决结合部长期作用分析难题。.(1)通过结合部格室长期作用模型试验，建立结合部钢与混凝土粘结滑移本构关系，得出承压板与连接件传力比例、连接件作用力随长期作用的变化趋势；.(2)首次提出通过开孔板连接件长期作用推出试验，建立连接件抗剪刚度与混凝土长期作用关系，为结合部传力模型提供计算参数；.(3)基于试验实测数据，在ANSYS平台上建立可考虑钢与混凝土粘结、滑移的传力模型，通过模型试验结果验证传力模型的正确性。.通过传力模型的参数化分析，研究长期作用对结合部传力路径、传力比例、连接件作用力的影响，提出控制结合部设计的技术指标。

钢与混凝土结合部为混合结构桥梁关键受力部位，本研究开展结合部传力机理及长期作用影响研究，为混合梁结构安全及耐久性设计提供依据。通过局部模型试验加载与测试，明确结合部纯剪与压剪协同传力路径与比例，得出典型传力模式相应的破坏模态，揭示协同传力改善结合部承载能力与延性的受力机制。该试验研究结果为完善结合部设计理论及验证数值模型提供支撑。通过结合部恒载长期作用受力分析，得出长期作用对钢与混凝土应力重分布、连接件作用力及结合部抗裂性的影响机制。明确结合部设计应考虑恒载长期效应，为合理确定加载龄期及恒载长期作用评价提供依据。针对汽车活载长期作用，提出焊根损伤的参考应力评价方法。建立参考应力模型，定义参考应力并验证其收敛性，提出强度导出方法。明确环境温度、交通流量及设计参数对活载长期作用的影响，为结合部焊根活载损伤评价及抗疲劳设计提供依据。针对焊趾活载长期作用损伤，提出多重子模型受力模型，将三种热点应力计算式差值由约40%缩小至10%以内，改进焊趾损伤评价的计算精度。以上研究结果可为混合结构桥梁结合部恒载与活载长期作用效应分析、强度取值及损伤评估提供依据，进而为该类桥梁合理设计提供支撑。 2100433B

项目以疲劳作用下钢管混凝土桁梁的疲劳性能和损伤失效机理为研究对象，进行了钢管混凝土节点的疲劳性能、钢管混凝土桁梁的疲劳性能以及钢管混凝土桁梁的疲劳损伤失效机理的研究。 研究结果表明，钢管混凝土节点的热点应力一般出现在冠点处，钢管混凝土节点的应力集中系数约为2.34~5.2。与空钢管节点相比，填充混凝土后，相贯节点的应力集中程度得到缓解，应力集中程度的缓解使得钢管混凝土节点的疲劳强度或疲劳寿命得到提高。在相同的疲劳寿命下，填充混凝土使得钢管混凝土节点的疲劳强度得到提高，或者说，在相同的疲劳强度下，填充混凝土使得钢管混凝土节点的疲劳寿命得到提高。 目前，我国的《钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）没有关于钢管混凝土节点疲劳细节的规定，《公路钢管混凝土拱桥设计规范》（JTG-T D65-06-2015）也只给出了节点疲劳设计的容许应力幅，本项目的研究成果是对两本规范有益的补充，也将对钢管混凝土结构桥梁的应用起到一定的推动作用。 2100433B

钢管混凝土桁梁具有优越的力学性能和施工上的方便，在桥梁工程中具有广阔的应用前景，但目前这种结构在疲劳方面的研究还比较少，现有的研究多集中在节点的疲劳性能方面，缺少整体疲劳性能的研究；疲劳荷载作用下钢管混凝土桁梁的局部和整体结构损伤失效模式和疲劳损伤累积发展规律方面的研究还有待于展开。.本项目以疲劳作用下钢管混凝土桁梁的疲劳性能和损伤失效机理为研究对象，通过对钢管混凝土桁架组合梁的疲劳损伤失效和力学模型研究、结构整体的数值模拟与试验研究，分析疲劳作用下的钢管混凝土桁梁的疲劳性能、探讨局部失效和整体失效之间的关系，建立钢管混凝土桁梁的失效模式和损伤分析模型，探索钢管混凝土桁梁的疲劳损伤力学特性，损伤演变规律和失效机理，项目的研究可为钢管混凝土桁梁疲劳设计理论的发展提供理论基础。

拉挤玻璃纤维增强复合材料（GFRP）型材可用于桥梁的主要承重构件或加固构件，是仅次于钢材、混凝土的第三种主要建筑材料，具有很好的应用前景。桥梁用拉挤GFRP型材有工字型、槽型等截面形式，与钢结构型材不同，其翼缘与腹板结合部由弯折的纤维织物-树脂铺层构成，易形成富胶区。结合部构造复杂且各向异性，在弯、剪、扭等作用下，结合部富胶区极易产生层间损伤，使GFRP型材整体性能难以发挥。.本研究拟综合运用断裂、损伤及复合材料力学理论，从细观层次上揭示GFRP型材结合部富胶区层间损伤机理，建立结合部富胶区裂纹粘聚力本构关系，通过研究结合部铺层构造改进和短纤维增韧技术，从而达到提高结合部层间性能的目的。在宏观层次上开展结合部静力及疲劳性能试验，探究结合部拉伸、剪切及扭转受力机理，建立结合部承载力计算方法和疲劳寿命预测方法。其目标为拉挤GFRP型材翼缘与腹板结合部合理设计提供理论基础。