PBL加劲型钢管混凝土拱力学性能与设计方法研究

提出在钢管混凝土钢管内设置开孔钢板纵肋，具有PBL连接件和加劲肋的双重作用，能够有效改善和提高钢管混凝土界面、节点力学性能以及钢管与混凝土的组合效应，提出PBL加劲型矩形钢管混凝土拱结构，具有连接构造简洁、施工安装就位方便等优势，在钢管混凝土拱桥中具有良好的工程应用前景。项目以模型试验、有限元数值模拟计算为主要研究手段，研究开孔钢板纵肋对钢管混凝土界面、节点的静力与疲劳性能，以及对构件承载力和拱肋整体力学性能的影响；研究钢管、开孔钢板纵肋、混凝土之间的组合作用以及节点的传力机理和破坏模式；进行设计理论研究与工程应用基础研究，提出其设计方法和主要结构应用形式。项目的研究对丰富和发展钢管混凝土桥梁结构形式具有重要的工程意义，对于完善钢管混凝土结构理论具有重要的理论意义。

钢管混凝土拱桥在我国得到了广泛应用，但其结构形式以圆管为主，较为单一，钢管混凝土组合界面性能、节点性能有待深入研究。以试验研究为基础，结合数值模拟和理论分析研究了PBL加劲型钢管混凝土的界面、节点和构件的力学性能，并在三座不同结构形式的PBL加劲型钢管混凝土拱桥中得到应用。. 通过推出试验、节点试验、柱、梁、肋拱桥等一系列试验，研究发现在钢管混凝土钢管内壁设置开孔钢板纵向加劲肋可以起到以下作用：（1）开孔钢板作为连接件增强界面粘结强度、防止钢混凝土界面脱空和相对滑移；（2）开孔钢板纵肋可提高钢管纵向容许应力，提高套箍作用，增强组合作用；（3）开孔钢板作为纵向加劲肋可参与界面受力，改善钢板的局部屈曲性能。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。得到了PBL加劲型钢管混凝土的有限元模拟方法，并给出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。通过上述研究，提炼出了PBL加劲型钢管混凝土各种可能的破坏模式及相应的简化计算模型，并提出了PBL加劲型钢管混凝土的界面、节点到构件以及拱肋的一整套设计计算方法，对进一步丰富钢管混凝土结构形式和计算理论具有重要意义。