混凝土薄壁箱形构件的受力性能及设计方法研究基本信息

在对钢筋混土和预应力混凝土薄壁箱形截面受弯构件、受扭构件以及复合受力构件的受力变形性能进行较系统的理论分析和试验研究的基础上，提出合理实用的设计计算公式，完善和补充现行的混凝土结构设计规范。项目研究对丰富和完善混凝土结构设计理论、保证混凝土箱形结构设计的安全、适用与经济具有重要的理论意义和实用价值。 2100433B

混凝土薄壁箱梁以其良好的空间整体受力性能在现代大跨桥梁结构中得到广泛应用，但目前在役混凝土箱梁桥中普遍存在箱梁开裂现象，且腹板受剪斜裂缝较为常见，严重影响结构的安全性和耐久性，薄壁箱梁抗剪设计理论基础的薄弱是其主要原因之一。现行国内外各主要相关设计规范有关箱梁的抗剪设计计算公式很少考虑混凝土薄壁箱梁的具体受力特点而是简单参照混凝土I形梁进行相应的抗剪设计，存在明显的不足之处。本申请项目将对混凝土薄壁箱梁特别是在公路桥梁中广为应用的窄底板、宽顶板、长悬臂翼缘单箱单室预应力混凝土薄壁箱梁的抗剪性能及尺寸效应进行系统的试验研究和理论分析。重点研究纵、竖向预应力、悬臂翼缘、截面布置形式及尺寸等表征混凝土薄壁箱梁特性的变量对混凝土薄壁箱梁抗剪性能的影响。在充分了解其受力变形性能的基础上，提出其合理的分析理论及设计计算方法，为完善这类构件的设计理论提供可靠依据。 2100433B

薄壁不锈钢结构构件应用日趋广泛，然而针对其各类失稳性能的研究尚不完善。薄壁构件的设计理论近年来也取得了新进展。本课题工作重点为薄壁不锈钢压弯构件的耦合稳定承载力及基于新设计理论的设计方法研究，作为相关的基础性研究工作还涵盖了不锈钢受弯构件纯畸变失稳破坏及设计方法、空翼缘构件整体-畸变耦合失稳性能研究。 开展了卷边C型不锈钢截面仅受畸变失稳控制时的破坏性能研究，进行了冷轧板材材性测试、几何缺陷高精度测量、侧向限位弯曲试验。基于ABAQUS开发了精细化数值模型、以试验数据进行校准并展开参数分析。结合试验及模拟数据总结畸变失稳承载力随材性、截面形式、截面柔度的变化规律，探讨了以受压翼缘与腹板交界处的应变监测判断畸变失稳点的实用方法。以直接强度法拟合得到了适用于C型和Z型不锈钢构件畸变失稳承载力的设计公式。相关成果已发表国际会议论文一篇，另有两篇期刊文章已完稿。以上述精细化模型为基础进行拓展参数分析，研究不锈钢空翼缘截面畸变-整体耦合失稳性能，探讨该类构件耦合失稳的设计方法，相关成果已发表国际会议论文一篇。 不锈钢压弯构件耦合失稳研究包括系列精细化试验、数值建模及参数分析、设计理论及方法研究。试验选取卷边C形、I型及矩形截面构件，分别反映局部-整体、畸变-整体耦合失稳效应。试验中引入钢材材性、截面柔度、构件柔度、等效加载偏心等变化因素。受国内市场供应情况限制，前期规划的低镍双相体S32101不锈钢小批量采购始终未能实现，只得采用双向体S32205板材替代。试验所用的专用加载、缺陷测量装置均有较高精度要求、需专门加工。上述工作过程中若干非预期因素造成试验研究进度滞后于计划，当前有一部分构件试验仍在进行中。数值建模和设计理论研究也同步进行，已梳理压弯构件设计理论框架及两种具体设计思路。相关成果目前已申请发明专利一件，一篇期刊文章撰稿中，后续研究成果还将有2~3篇论文发表。 2100433B