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     本課題研究的對(duì)象為鋼構(gòu)-混凝土組合薄壁空心高墩，研究目的是將組合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)理念運(yùn)用到長(zhǎng)大橋梁的超高橋墩設(shè)計(jì)中，提出一種新型的鋼構(gòu)-混凝土組合橋墩的構(gòu)造形式和設(shè)計(jì)方法，使施工上能夠加快施工進(jìn)度，結(jié)構(gòu)上適減小橋墩截面尺寸，并提高橋墩的抗震性能。課題組結(jié)合杭新景高速公路施工建設(shè)，從模擬計(jì)算、理論分析兩個(gè)層次展開(kāi)研究。 1.主要研究?jī)?nèi)容 （1） 鋼構(gòu)-混凝土組合薄壁高墩構(gòu)造形式研究 通過(guò)改變鋼構(gòu)的布置形式、鋼構(gòu)與混凝土的連接方式等參數(shù)，比較研究鋼構(gòu)-混凝土組合橋墩的最優(yōu)構(gòu)造形式。本研究從概念上構(gòu)思出適合橋墩的鋼構(gòu)布置形式。根據(jù)給定的型布置形式，建立考慮鋼構(gòu)-混凝土間粘結(jié)作用及橋墩施工過(guò)程的有限元模型進(jìn)行具體分析，研究在不同荷載作用下，鋼構(gòu)對(duì)橋墩軸力的分擔(dān)作用及鋼構(gòu)-混凝土之間的剪力。同時(shí)，考慮施工全過(guò)程中最不利工況下裸鋼的穩(wěn)定性問(wèn)題，最終確立幾種施工及成橋狀態(tài)受力性能均較優(yōu)的布置形式，并給出各階段應(yīng)采取的措施。 （2） 鋼構(gòu)-混凝土組合高墩及正截面受力性能分析 本研究以受拉角鋼重心達(dá)到屈服同時(shí)受壓邊緣混凝土達(dá)到極限壓應(yīng)變?yōu)榻缦逘顟B(tài)給出了角鋼混凝土柱受壓區(qū)界限高度計(jì)算公式，建立了大、小偏心兩種破壞形態(tài)的承載力計(jì)算公式，并考慮角鋼截面應(yīng)力分布對(duì)承載力的影響，并編寫(xiě)程序，利用仿真分析方法，探索了軸壓比、配箍率、含鋼率、混凝土軸心抗壓強(qiáng)度、角鋼的屈服強(qiáng)度及剪跨比等參數(shù)對(duì)構(gòu)件單調(diào)荷載-位移曲線的影響，建立了與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好的角鋼混凝土柱的荷載-位移恢復(fù)力模型和彎矩-曲率恢復(fù)力模型。 （3） 鋼構(gòu)-混凝土連接結(jié)合性能有限元模擬 通過(guò)鋼構(gòu)-混凝土連接基本性能模型試驗(yàn)，測(cè)試純粘結(jié)、鋼結(jié)構(gòu)表面拋砂、鋼構(gòu)外設(shè)置螺旋筋、鋼構(gòu)表面布置連接件等不同連接形式，測(cè)定各連接方式下鋼構(gòu)-混凝土之間滑移量S與外荷載大小F之間的關(guān)系，比較研究鋼構(gòu)與混凝土之間的連接性能，并確定設(shè)計(jì)計(jì)算的基本參數(shù)。 （4） 鋼構(gòu)-混凝土組合高墩設(shè)計(jì)方法研究 在模型試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)值模擬與試驗(yàn)結(jié)果的互相驗(yàn)證，研究鋼構(gòu)-混凝土組合橋墩合理構(gòu)造布置，提出該新型組合結(jié)構(gòu)的合理化設(shè)計(jì)與計(jì)算方法。 將有限元計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和分析，修正有限元模型中鋼構(gòu)-混凝土間的連接參數(shù)，確立橋墩的破壞準(zhǔn)則，再對(duì)鋼構(gòu)-混凝土構(gòu)件進(jìn)行計(jì)算分析。在計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合程度較好的情況下，以傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)驗(yàn)算為基礎(chǔ)，對(duì)鋼構(gòu)-混凝土組合橋墩進(jìn)行強(qiáng)度、剛度和承載能力的分析。并進(jìn)一步對(duì)鋼構(gòu)-混凝土中的典型參數(shù)：鋼構(gòu)截面類型、鋼構(gòu)面積率、配筋率等進(jìn)行變化分析。 進(jìn)一步將試驗(yàn)中未考慮的收縮徐變、溫差效應(yīng)引入計(jì)算，對(duì)混凝土再荷載和長(zhǎng)期效應(yīng)作用下開(kāi)裂問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步研究，提出鋼構(gòu)-混凝土橋墩結(jié)構(gòu)的抗彎設(shè)計(jì)方法。 （5） 鋼構(gòu)-混凝土組合高墩施工方法研究 本項(xiàng)目擬通過(guò)對(duì)該型組合高墩施工工藝的研究，結(jié)合杭新景高速公路施工建設(shè)，選取典型高墩，從滿足結(jié)構(gòu)受力、方便施工、提高工效等幾個(gè)角度，綜合研究橋墩合理斷面尺寸及型鋼的選材。研究鋼構(gòu)骨架豎向拼裝、豎向回轉(zhuǎn)等架設(shè)工法，探討保證混凝土澆筑密實(shí)性的施工措施和工藝。 2.擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 （1） 鋼構(gòu)-混凝土組合薄壁高墩構(gòu)造形式 研究比較鋼構(gòu)-混凝土薄壁高墩中鋼構(gòu)在截面中的布置形式，尋找最大程度上利用鋼與混凝土間粘結(jié)力。 （2） 鋼構(gòu)與混凝土之間的粘結(jié)滑移作用的考慮 鋼構(gòu)與混凝土是異種材料的結(jié)合，在進(jìn)行鋼構(gòu)-混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和承載力計(jì)算時(shí)，必須要考慮鋼構(gòu)與混凝土之間的摩擦、粘結(jié)和滑移作用。鋼與混凝土的組合作用如何考慮，對(duì)鋼材及鋼筋的用量影響很大，直接關(guān)系到推廣應(yīng)用，是本研究的技術(shù)難點(diǎn)。本內(nèi)容通過(guò)對(duì)兩種材料間的接觸性能、連接件間距等進(jìn)行變參數(shù)分析，探究鋼構(gòu)與混凝土之間的粘結(jié)滑移作用。 （3） 混凝土抗裂性能評(píng)估 由于使用了型鋼，混凝土中配筋量減少，需要有效正確地分析鋼構(gòu)骨架對(duì)混凝土裂縫的限制作用。通過(guò)擬變參數(shù)計(jì)算分析，參考規(guī)范中公式和論文，對(duì)不同軸向力和偏心距下的裂縫寬度進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，提出控制構(gòu)造裂縫以及減小裂縫寬度的相關(guān)措施。