钢管混凝土桁架弦杆界面传力特性分析.pdf
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1、第 卷 第期 年月合 肥 工 业 大 学 学 报(自 然 科 学 版)J OUR NA LO FHE F E IUN I V E R S I T YO FT E C HN O L O G Y(NA TUR A LS C I E N C E)V o l N o J u l 收稿日期:;修回日期:基金项目:国家自然科学基金资助项目(;);中国博士后科学基金第 批面上资助项目(M X B)和陕西省交通运输科技资助项目(T;K)作者简介:赵宝俊(),男,陕西榆林人,博士,陕西交通控股集团有限公司正高级工程师,硕士生导师;程高(),男,河南泌阳人,博士,长安大学高级工程师,博士生导师,通信作者,E m
2、a i l:c h e n g g c h d e d u c n D O I:/j i s s n 钢管混凝土桁架弦杆界面传力特性分析赵宝俊,张之恒,程高,王鹏琪(陕西交通控股集团有限公司,陕西 西安 ;长安大学 公路学院,陕西 西安 ;江阴市长泾镇人民政府,江苏 江阴 ;西藏天路股份有限公司,西藏 拉萨 )摘要:文章采用有限元建模方法分析钢管与混凝土的界面传力特性,以揭示钢管混凝土桁架弦杆工作机理;将钢管与混凝土界面状态分为绑定(即界面抗剪刚度无穷大)、光滑(即界面抗剪刚度无穷小)和黏性接触(即界面抗剪刚度有限),分析钢管混凝土桁架节间内受压上弦杆、受拉下弦杆钢管与混凝土的轴向应力、界面剪
3、切应力及剪力传递长度.结果表明:不同界面状态下钢管轴向应力、界面剪切应力差异较大;黏性接触最接近钢管与混凝土界面真实工作状态,弹性工作状态下,剪力传递长度保持为常数,与轴力无关;剪力传递长度范围内钢管和混凝土轴向应力、界面剪切应力沿桁架节间长度方向呈指数函数分布,剪力传递长度范围外钢管、混凝土轴向应力保持不变.研究结果可为钢管混凝土桁架桥强度、刚度计算及节点构造设计提供依据.关键词:桁架桥;钢管混凝土;组合作用;界面传力特性;剪力传递长度中图分类号:U 文献标志码:A文章编号:()A n a l y s i so n i n t e r f a c i a l f o r c e t r a
4、n s f e rc h a r a c t e r i s t i c so f c o n c r e t e f i l l e ds t e e l t u b u l a r t r u s s c h o r dZ HAOB a o j u n,Z HANGZ h i h e n g,CHE NGG a o,WANGP e n g q i(S h a a n x iT r a n s p o r t a t i o n H o l d i n gG r o u pC o,L t d,X ia n ,C h i n a;S c h o o lo fH i g h w a y,C h
5、a n ga n U n i v e r s i t y,X ia n ,C h i n a;P e o p l esG o v e r n m e n to fC h a n g j i n gT o w n,J i a n g y i nC i t y,J i a n g y i n ,C h i n a;T i b e tT i a n l uC o,L t d,L h a s a ,C h i n a)A b s t r a c t:T h e f i n i t ee l e m e n t a n a l y s i sw a su s e d t oa n a l y z e t
6、 h e i n t e r f a c i a l f o r c e t r a n s f e r c h a r a c t e r i s t i c so fc o n c r e t ea n ds t e e l t u b et or e v e a l t h ew o r k i n gm e c h a n i s mo fc o n c r e t e f i l l e ds t e e l t u b u l a rt r u s sc h o r d T h e i n t e r f a c es t a t e sb e t w e e ns t e e l
7、 t u b ea n dc o n c r e t ew e r es i m u l a t e da s t i eb e h a v i o rw h i c hm e a n s t h a tt h e i n t e r f a c i a l s h e a rs t i f f n e s s i s i n f i n i t e,s m o o t hb e h a v i o rw h i c hm e a n s t h a t t h e i n t e r f a c i a l s h e a r s t i f f n e s s i s i n f i n
8、i t e s i m a l,a n dc o h e s i v eb e h a v i o rw h i c h i s r e l a t e d t o t h eb o n da n ds l i p T h e a x i a l s t r e s s,i n t e r f a c i a l s h e a r s t r e s s a n ds h e a r t r a n s f e r l e n g t ho f c o n c r e t e a n ds t e e l t u b e i nc o m p r e s s i o nc h o r da
9、n d t e n s i o nc h o r dw e r ea n a l y z e d T h er e s u l t ss h o wt h a t t h ea x i a ls t r e s sa n di n t e r f a c i a ls h e a rs t r e s so fs t e e lt u b ea r ed i f f e r e n tu n d e rd i f f e r e n t i n t e r f a c e s t a t e s T h e c o h e s i v eb e h a v i o r i s c l o s
10、e s t t o t h e r e a lw o r k i n gs t a t eo f t h e i n t e r f a c eb e t w e e ns t e e l t u b ea n dc o n c r e t e I nt h ee l a s t i cw o r k i n gs t a t e,t h es h e a r t r a n s f e rl e n g t hr e m a i n sc o n s t a n ta n di si n d e p e n d e n to ft h ea x i a l f o r c e T h ea
11、x i a ls t r e s sa n di n t e r f a c i a ls h e a rs t r e s sa r ee x p o n e n t i a l l yd i s t r i b u t e da l o n gt h el e n g t hd i r e c t i o no f t h ec h o r dw i t h i nt h er a n g eo fs h e a rt r a n s f e r l e n g t h,w h i l e t h ea x i a l s t r e s so f s t e e l t u b ea n
12、 dc o n c r e t e r e m a i n su n c h a n g e do u t s i d e t h e r a n g eo f s h e a r t r a n s f e r l e n g t h T h e r e s u l t s o f t h e s t u d yc a np r o v i d e ab a s i s f o r s t r e n g t ha n ds t i f f n e s s c a l c u l a t i o n sa n dn o d ec o n f i g u r a t i o nd e s i
13、g no f c o n c r e t e f i l l e ds t e e l t u b u l a r t r u s sb r i d g e s K e yw o r d s:t r u s sb r i d g e;c o n c r e t e f i l l e ds t e e l t u b e;c o m p o s i t ea c t i o n;i n t e r f a c i a l f o r c e t r a n s f e r c h a r a c t e r i s t i c;s h e a r t r a n s f e r l e n g
14、 t h引言钢管混凝土桁架桥是一种新型桥梁结构形式,具有自重轻、承载力高、经济性好等优点,已在四川雅安干海子大桥、湖北秭归向家坝大桥、陕西黄陵至延安(黄延)高速K 天桥、G 线甘肃甜水桥等工程取得应用 .钢管混凝土桁架一般是由钢管混凝土弦杆和空钢管斜腹杆组成.由于钢管与混凝土界面黏结强度和刚度有限,弦杆内钢管与混凝土的组合作用大小一直困扰着结 构 设 计 人 员,也 限 制 了 该 结 构 的 推 广应用.钢管与混凝土的界面传力机理决定着钢管混凝土桁架弦杆的受力特性.桁架斜腹杆轴力的水平分力传递给钢管混凝土弦杆,节点处弦杆轴力由外钢管承担,在钢管与混凝土的黏结作用下,经过一定长度后钢管、混凝土
15、共同分担弦杆轴力.此传力过程中钢管和混凝土不可避免会产生相对滑移和界面剪力,界面剪切应力和剪力传递长度是反映界面传力特性的关键指标.文献 考虑抗滑移刚度并进行理论推导,在纵向均布荷载和集中荷载作用下,分别给出钢管混凝土柱的轴力、界面剪切应力、界面相对滑移等解析解,通过试验数据拟合,给出界面抗滑移刚度的合理取值范围;文献 通过试验测试得到钢管再生混凝土的荷载滑移曲线、黏结应变和黏结力分布特征,指出钢管纵向应变在加载初期和末期分别呈负指数函数分布和线性分布;文献 通过研究大量方、圆钢管混凝土试件的推出试验,并对界面黏结性能进行比较分析,指出黏结应力沿钢管混凝土界面均匀分布,方、圆钢管混凝土界面黏结
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