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钢-混凝土组合(箱)梁桥建设成套技术研究
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  • 公布年份:
    2009
  • 中图分类:
    U441.4, U448.216
  • 关键词:
  • 成果简介:
    “钢—混凝土组合(箱)梁桥建设成套技术研究”为交通部2004年度西部交通建设科技项目,由交通部公路科学研究院、清华大学、长安大学、北京交通大学、哈尔滨工业大学、广西壮族自治区交通规划勘察设计研究院、青海省公路建设管理局共同承担。合同编号为:200431822315。本项目应用于交通工程中桥梁结构领域,针对波纹钢腹板预应力组合箱梁桥,在详细调研国内外实桥资料与相关文献和全面总结前期科研成果的基础上,通过系统的理论分析、室内模型试验和动静载实测等一系列的研究工作,提出了波纹钢腹板抗剪、箱梁截面抗弯和抗扭、箱梁的疲劳性能、剪力连接键、体外预应力转向块以及锚固体系的设计及实用计算方法,并根据其动力性能的试验和理论研究提出波纹钢腹板预应力组合箱梁的设计优化建议,形成了波纹钢腹板预应力组合箱梁的设计理论。在此基础上,对三道河桥和广西试验桥进行了设计,并建成了三道河桥,其50m的跨度在简支桥型里是国内最大的。通过依托工程的设计和施工,并在总结本项目研究成果的基础上,编写了波纹钢腹板预应力组合箱梁桥设计与施工技术指南。四年来经过调研、研究开发、室内试验、依托工程、报告指南编写等研究阶段,在各参研单位的共同努力下,全面完成了项目合同规定的研究任务,取得了如下研究成果:(1)在充分考虑了初始缺陷及焊接残余应力的影响下,提出了考虑局部屈曲、整体屈曲与塑性强度相关关系的波纹钢腹板抗剪强度计算公式,并通过波纹腹板抗剪试验进行了验证,可推广用于工程实际,能够保证设计对于安全度的要求。(2)在克服了Mo.L.Y方法中三点明显不合理之处基础上,建立了充分满足平衡条件、变形协调条件和材料本构方程的波纹钢腹板预应力组合箱梁的纯扭性能分析模型。完成了波纹钢腹板预应力组合箱梁静力纯扭试验,试验结果的对比分析表明计算模型的准确性。(3)针对波纹钢腹板预应力组合箱梁,研究了疲劳强度的影响因素以及波纹钢腹板的几何参数、波纹钢腹板与混凝土顶底板连接方式对其疲劳性能的影响。并完成了波纹钢腹板预应力组合箱梁疲劳试验,研究发现试验梁在200万次加载循环后均未发生疲劳破坏。(4)针对波纹钢腹板预应力组合箱梁的动力特性,分析了波纹钢腹板箱梁几何参数对其动力特性的影响,揭示了其在几何参数变化的情况下动力特性的变化规律。同时还分析了预应力对桥梁动力特性的影响,对如何计算波纹钢腹板预应力混凝土箱梁的动力特性提出了建议。(5)采用三维汽车模型,将车辆—波纹钢腹板桥视为相互作用的动力系统,并考虑车辆在桥上的不同位置以及不同车辆数目和不同车速等复杂情况,推导了车—桥体系的动力平衡方程组,用逐步积分法求解。针对实际桥梁结构的多种不同工况,进行了大量的数值计算,对冲击系数提出建议。(6)分析了扭转对波纹钢腹板预应力组合箱梁桥抗震性能的影响以及进行了腹板剪切抗震稳定性分析。(7)针对栓钉连接件,提出了混凝土受拉状态下栓钉承载能力的计算公式。(8)针对波纹钢腹板预应力组合箱梁结构,在有限元分析和实验研究的基础上给出了适用于该结构的混凝土块式、钢制块式及混凝土肋式三种转向装置的构造要点和设计原则,并提出了与现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)相适应的设计计算方法,在依托工程中得以了应用。(9)研究了波纹钢腹板剪力连接键对波纹钢腹板预应力组合箱梁的整体工作性能的影响,通过试验证明了埋入式的连接键的可靠性和工程实用性。(10)针对波纹钢腹板预应力组合梁桥,开发了针对其结构特点的三维建模与计算模块,为此类桥梁的计算和精细化设计提供了有效的手段和保障,此模块应用在本项目大量参数分析和依托工程的计算分析之中,效果良好。(11)研究了波纹钢腹板单箱多室箱梁的计算方法和设计理论,并应用于实体工程—三道河桥,并通过施工监控和成桥试验,验证了波纹钢腹板单箱多室箱梁应用于宽桥的可行性和适用性。(12)建成了波纹钢腹板预应力组合箱梁桥—三道河桥,其50m的跨度在已建成的国内简支桥型里是最大的。(13)在总结本项目和国内外研究成果的基础上,结合本项目的依托工程,提出了波纹钢腹板预应力组合箱梁桥设计与施工技术指南和40m、50m标准跨径通用图,可为此类工程提供借鉴和技术参考,同时也为其在国内的进一步推广应用奠定基础。(14)分析了波纹钢腹板预应力组合箱梁桥的经济性能。与国内外同类技术比较,本项目的研究成果具有创新性和实用性。通过本项目的研究,为波纹钢腹板预应力组合梁桥在国内的推广应用奠定了一定的基础。波纹钢腹板与体外预应力技术的结合,能够显著减轻结构的自重,增大桥梁的跨越能力,减少下部结构的工程量,结构抗震性能好和经济效益显著。且波纹腹板组合箱梁桥的结构和技术优势在本项目依托工程的实施过程中得到了很好的体现,解决了高腹板混凝土浇注时常遇到的难题,波纹腹板和体外预应力的采用加快了施工进度,同时通过对于波纹腹板连续梁桥的方案设计和经济性能分析表明,这种结构的技术和经济优势在大跨度的连续梁和连续刚构桥梁上将能够得到更好的体现和发挥,且这种结构可以解决现在很多大跨连续梁和连续刚构中出现的腹板开裂问题,也提高结构的耐久性,其经济和社会效益的体现是长久的。
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