科技成果

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成果名称: PBL加劲型钢管混凝土拱力学性能与设计方法研究

成果登记号: 9612021Y0482

第一完成单位: 长安大学

联 系 人: 姜磊

成果类型: 应用技术

成果体现形式 : 新技术

技术领域: 现代交通

应用行业: 建筑业

成果简介:

项目研究从PBL加劲型钢管混凝土界面、节点、构件、拱肋力学性能研究入手,通过大量的试验研究,比较分析内设PBL纵肋对钢管混凝土工作机理和破坏模式的影响。

通过推出试验,研究开孔几何尺寸、间距、混凝土强度等有关参数对PBL剪力件及PBL加劲型钢管混凝土界面静力及疲劳力学性能的影响。

然后通过PBL加劲型钢管混凝土节点试验,研究有关参数对节点承载力、节点疲劳性能的影响;并分析节点支主管之间、钢管与混凝土间的传力机理及破坏模式。

在此基础上进行PBL加劲型钢管混凝土柱和梁试验,探明钢管、开孔纵肋、混凝土间相互作用机理及构件破坏模式。

最后进行PBL加劲型钢管混凝土肋拱桥现场检测研究,考察PBL加劲型钢管混凝土拱桥整体工作性能,研究开孔纵肋对拱肋整体工作性能及节点传力性能的影响。

通过上述系列试验研究,掌握PBL加劲型钢管混凝土拱的基本力学性能和破坏机理,为PBL加劲型钢管混凝土拱结构的理论研究奠定了基础。

从有限元计算方法入手,研究PBL加劲型钢管混凝土的有限元模拟方法。

首先对PBL加劲型钢管混凝土有限元模拟中单元选取,钢和混凝土本构关系选取,钢-混凝土界面模拟,非线性有限元求解方法,钢管初始几何缺陷模拟以及PBL加劲肋在钢管混凝土中的模拟这些共性问题进行研究,解决PBL加劲型钢管混凝土有限元模拟中的关键问题。

在此基础上,根据不同的研究内容,分别给出PBL加劲型钢管混凝土柱、梁、节点以及日照温度效应的模拟方法,并与本报告试验结果进行对比,验证模拟方法的可行性。

通过上述研究,为PBL加劲型钢管混凝土有限元模拟及参数分析提供了方法。

在试验研究基础上,对PBL加劲型钢管混凝土界面、节点、构件以及拱肋的受力机理和破坏模式进行研究,建立相应的非线性有限元模型,进行大量的有限元数值模拟试验和参数分析。

同时对PBL加劲型钢管混凝土局部弹性屈曲、PBL钢管混凝土轴压承载力、界面粘结-滑移对钢管混凝土抗弯性能影响、PBL加劲型钢管混凝土节点受力性能等进行理论研究,为PBL加劲型钢管混凝土拱设计方法提供理论指导。

通过上述对PBL加劲型钢管混凝土力学性能的试验、数值模拟和理论研究,探明设开孔钢板纵肋参与钢管混凝土界面、节点、构件和拱肋的工作机理,在此基础上,提炼出各种可能的破坏模式及相应的简化计算模型,提出从界面、节点到构件以及拱肋的构造及计算方法。

在试验、理论和数值研究的研究基础上,系统地从结构形式、结构受力特点(界面、构件和节点、体系)和工程应用三个方面分析新型结构的优点,并分别开展了三座不同结构形式的PBL加劲型钢管混凝土拱桥的工程应用研究,以推动这一新型拱桥结构形式的应用和发展。