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1、分類號(hào):U44，U4510710-B2007052博士學(xué)位論文鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系受力性能理論與試驗(yàn)研究張茜導(dǎo)師姓名職稱周緒紅教授申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別工學(xué)博士學(xué)科專業(yè)名稱橋梁與隧道工程論文提交日期2013年4月16日論文答辯日期2013年6月10日學(xué)位授予單位長(zhǎng)安大學(xué)TheoryAnalysisandModelTestResearchontheMechanicalBehaviorofSteel-concreteCompositeCable-pylonAnchorageSystemwithSteelAnchorSlabAD
2、issertationSubmittedfortheDegreeofDoctorCandidate：ZhangQianSupervisor：Prof.ZhouXuhongChang’anUniversity,Xi’an,China摘要本文以青島膠州灣大橋紅島航道橋?yàn)楸尘?，結(jié)合山東省交通科技項(xiàng)目《斜拉橋索塔新型錨固體系研究》（2009Y24-2），在國(guó)、內(nèi)外創(chuàng)新性地提出了鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系。在收集各種鋼-混組合索塔錨固體系構(gòu)造形式及研究資料的基礎(chǔ)上，采用理論分析、足尺節(jié)段模型試驗(yàn)的方法對(duì)鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固
3、體系的傳力機(jī)理、承載能力及設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究。采用彈塑性有限元數(shù)值方法對(duì)鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系在對(duì)稱及單側(cè)索力作用下的傳力機(jī)理進(jìn)行了研究。數(shù)值模擬采用精細(xì)化有限元模型，特別考慮了鋼與混凝土間的接觸非線性和摩擦力以及普通鋼筋的作用。研究得到了對(duì)稱及單側(cè)索力加載全過(guò)程中斜拉索索力傳遞路徑和鋼錨板、橫隔板、豎隔板、底座、側(cè)板、混凝土、PBL剪力鍵分別承擔(dān)的水平力和豎向力的大小與比例；同時(shí)還得到了不同位置PBL剪力鍵所承擔(dān)的水平力和豎向力分布規(guī)律及其穿孔鋼筋的有效工作長(zhǎng)度。進(jìn)行了鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系足尺節(jié)段模型試
4、驗(yàn)研究，采用與實(shí)橋相同的斜向加載方式。試驗(yàn)加載工況包括成橋索力工況、運(yùn)營(yíng)索力工況、超載工況和偏載工況，其中超載（對(duì)稱加載）和偏載工況（單側(cè)加載）均加載至2.2倍成橋恒載索力，加載至最大索力時(shí)，結(jié)構(gòu)未達(dá)到其極限承載能力，表明鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系具有較高的安全儲(chǔ)備；對(duì)各工況加載過(guò)程中鋼錨板應(yīng)力和位移、混凝土應(yīng)力、PBL剪力鍵穿孔鋼筋應(yīng)力進(jìn)行了測(cè)試，將測(cè)試結(jié)果與有限元數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明采用本文有限元數(shù)值方法可以較好的模擬結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力狀態(tài)。對(duì)鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系的極限承載能力進(jìn)行了彈塑性有限元數(shù)
5、值分析。得到了對(duì)稱及單側(cè)索力作用下錨固體系的極限荷載及破壞形態(tài)，同時(shí)得到了錨固體系在加載全過(guò)程中的變形、應(yīng)力以及混凝土裂縫發(fā)展規(guī)律。進(jìn)行了對(duì)稱及單側(cè)索力加載時(shí)錨板厚度、橫隔板厚度及位置、側(cè)板厚度、豎隔板厚度、PBL剪力鍵列數(shù)及其穿孔鋼筋直徑等參數(shù)變化對(duì)鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系受力性能的影響分析。結(jié)果表明，錨固體系內(nèi)各構(gòu)件承擔(dān)的水平力和豎向力以及其應(yīng)力大小對(duì)錨板厚度、PBL剪力鍵列數(shù)的變化最為敏感；錨固體系對(duì)鋼錨板厚度變化較為敏感。在上述研究成果的基礎(chǔ)上，對(duì)鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系構(gòu)造進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)優(yōu)化后錨固
6、體系的受力情況及傳力機(jī)理進(jìn)行了數(shù)值分析。結(jié)果表明，優(yōu)化后錨固I體系受力安全可靠、傳力更為明確，PBL建立鍵傳遞的荷載較優(yōu)化前顯著增大。提出了優(yōu)化后鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)分析影響PBL剪力鍵承載力的主要因素，提出了適用于鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系中PBL剪力鍵的承載力計(jì)算公式；采用彈性理論推導(dǎo)了耳板銷鉸接觸面應(yīng)力的簡(jiǎn)化計(jì)算方法，可用于鋼錨板厚度的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：鋼錨板式鋼-混組合索塔錨固體系；PBL剪力鍵；足尺節(jié)段模型試驗(yàn)；彈塑性有限元方法；傳力機(jī)理；極限承載力；參數(shù)分析；設(shè)計(jì)方法IIAbstrac
7、tBasedontheHongdaoChannelBridgeofQingdaoJiaozhouwanBridgeandsupportedbyShandongprovincialtransportationscience-technologyprojectofResearchontheNewTypeofCable-pylonAnchorageSystemofCable-stayedBridge(2009Y24-2),steel-concretecompositeanchoragesystemwithsteelanchors
8、labwasintroduceddomesticallyandoverseasinthispapercreatively.Onthebasisofcollectingstructuralformandresearchdataofdifferenttypesofsteel-concretecomposit
