多因素耦合作用下悬索桥新型钢-混组合桥面系力学响应机制研究

The disease of deck system is the one of serious problems for the many existing bridge structures, especially for the long-span suspension bridges. The new steel-concrete composite bridge deck system can be taken to solve the problem with an opportunity for the suspension bridges. In the proposal, based on theoretical analysis , the test of real bridge structure, and the studied of model experiment, the basic theoy on the mechanical properties of new bridge deck systems will be carried out from the view of the coupling effect of shrinkage and creep, space temperature gradient, and vehicle load. The main research content includes the following parts.(1)The influence rule of concrete shrinkage and creep on the mechanical properties of new bridge deck system will be ascertained through working condition simulation.(2)The theoretical model and experimental methods of space temperature field will be developed to reveal the mechanical behavior of new bridge deck system under the condition of space temperature gradient.(3)The similarity ratio between the actual structure and the experimental model will be studied to determine the the action form of vehicle load on the experimental model. Then the inner relationship between the vehicle load and the mechanical properties can be explored for the new bridge deck system.(4)The mechanics and experimental model of dynamic response under coupling action of multiple factors will be established to reasearch the mechanical response mechanism of new bridge deck system under the coupling action. The research findings not only have great engineering value in promoting the application and development of the new steel-concrete composite bridge deck system, but also have important significance to further enrich and develop the bridge structural calculation theory.

桥面系的病害是诸多现役桥梁结构共同面临的严重问题，在大跨度悬索桥中尤为突出，新型钢-混组合桥面系为该问题的解决带来新的契机。本课题拟采用实桥测试、理论分析及模型实验相结合的方法，从混凝土收缩徐变、空间温度梯度及车辆荷载的耦合作用入手，对新型钢-混组合桥面系的受力特性展开基础理论研究。主要研究内容包括：（1）模拟新型桥面系的工作状态，探明混凝土收缩徐变对新型桥面系的力学性能的影响规律；（2）研究空间温度场的理论模型与实验方法，揭示新型桥面系在空间温度梯度状态下的力学行为；（3）确定实际结构与实验模型之间的相似比关系，明确车辆荷载的作用形式，探求车辆荷载与新型桥面系受力特性之间的内在联系；（4）建立多因素耦合作用下的动态响应的力学与实验模型，探索多因素耦合作用下新型桥面系力学响应机制。研究成果对促进悬索桥新型钢-混桥面系的应用与发展具有重大的工程价值，对丰富和发展桥梁结构计算理论具有重要意义。

桥面系的病害是诸多现役桥梁结构共同面临的严重问题，在大跨度悬索桥中尤为突出，本世纪初，我国首次尝试在大跨度悬索桥中使用新型钢-混组合桥面系，新型钢-混组合桥面系提出，给悬索桥桥面系的老问题带来了新的契机。本课题拟采用实桥测试、理论分析及模型实验相结合的方法，从混凝土收缩徐变、空间温度梯度及车辆荷载的耦合作用入手，对新型钢-混组合桥面系的受力特性展开基础理论研究。主要研究内容包括：（1）模拟新型桥面系的工作状态，探明混凝土收缩徐变对新型桥面系的力学性能的影响规律；（2）研究空间温度场的理论模型与实验方法，揭示新型桥面系在空间温度梯度状态下的力学行为；（3）确定实际结构与实验模型之间的相似比关系，明确车辆荷载的作用形式，探求车辆荷载与新型桥面系受力特性之间的内在联系；（4）建立多因素耦合作用下的动态响应的力学与实验模型，探索多因素耦合作用下新型桥面系力学响应机制。研究结果发现：（1）有限元法计算精度高，适用于大型复杂超静定结构的空间温度效应的分析；提出的钢-混组合桥面系的温度梯度计算模型精度高，且简单适用；（2）钢-混组合桥面系混凝土的收缩效应占主导地位，徐变效应并不十分明显，但与混凝土的加载龄期密切相关；收缩徐变对桥面板及钢纵梁应力状态的影响较大，而对钢桁梁的影响并不明显；（3）钢混组合桥面系实测温度梯度值远大于中国现行规范建议值，且具有典型的空间温度特性，竖向温度梯度最为明显，横向温度梯度主要受太阳辐射方向的影响，沿纵向也有一定的温度梯度存在；（4）多因素耦合作用下钢混组合桥面系结构的受力不再是各效应值的线性叠加，而是纯在较为明显的耦合效应。