返回
类型 基础研究 预答辩日期 2017-11-24
开始(开题)日期 2012-04-13 论文结束日期 2017-10-11
地点 土木馆204室 论文选题来源 973、863项目     论文字数 8 (万字)
题目 轻型钢网架-混凝土组合结构桥梁基本受力性能及设计方法研究
主题词 轻型钢网架组合结构,基准无量纲权重分析法,挠度及抗弯承载力计算,K形节点,剪力滞
摘要 轻型钢网架-混凝土组合结构桥梁,是采用轻型空间钢网架承托混凝土面板,通过剪力连接件将空间钢网架与混凝土面板连接成整体,共同受力的桥梁。该桥型的应用与研究目前尚处于起步阶段。本文针对其基本受力性能及设计方法进行研究,主要研究内容包括: 1、 研究了轻型钢网-混凝土组合梁桥结构受力性能随设计参数变化的影响规律,提出了基于正交分析的基准无量纲权重分析法,可以确定轻型钢网架-混凝土组合梁桥的最优设计参数,该方法也可推广应用于其他类似形式的桥梁结构参数优化设计。 2、 研究指出倾斜钢腹杆对组合梁的极限抗弯承载力和变形均有较大的影响。基于刚度均摊的简化假定,提出了“腹杆等效宽度”概念,据此建立了计入倾斜腹杆贡献的极限抗弯承载力及弯曲刚度理论计算公式,考虑钢网架的剪切变形推导了钢网架的剪切刚度理论计算公式。根据既有试验数据及建立有限元模型分析,对本文提出的抗弯承载力公式和变形计算公式进行了验证,表明本文公式具有较高的计算精度。 3、 提出了一种适用于轻型钢网架-混凝土组合结构梁桥的K形节点,通过模型试验,研究了该节点的受力模式、破坏形态、传剪机理及极限承载力计算方法。提出K形节点破坏主要为钢管交汇区的直剪破坏,混凝土弦杆节间的轴力差在节点区产生的竖向剪力是造成K形节点破坏的主要原因。节点区的抗剪承载力主要由弦杆混凝土、连接螺栓、键销钢筋以及PBL剪力键提供。基于节点区的破坏形态建立了简化分析模型,提出了节点抗剪承载力简化公式,可以指导K形节点设计计算。 4、 开展了连接螺栓和键销钢筋的直剪试验,提出了连接螺栓和键销钢筋的多折线荷载-滑移本构关系,为K形节点受剪有限元分析提供了基础。根据局部连接的力学模型及参数所建立了三维精细化K形节点区非线性仿真模型,计算结果能够较好地反映节点破坏形态及极限承载力,荷载-位移曲线与试验结果吻合良好。 5、 研究了点支撑混凝土顶板在均布荷载作用之下的剪力滞效应,通过建立基准有限元模型,提出点支撑混凝土顶板剪力滞效应较强,在节点附近存在负剪力滞区域。利用能量变分原理,建立待定幂指数的位移函数,推导了任意幂指数下混凝土顶板正应力计算公式,进一步引入纵向位置修正系数β,对计算公式进行修正,提出当位移模式中取5次幂指数,并采用合适的修正系数β即可得到与有限元值趋势吻合较好的计算结果。计算了混凝土顶板翼缘有效分布宽度并与各种规范进行对比,结果显示,各规范计算值普遍偏大,偏于不安全。
英文题目 Research on the basic mechanical behavior and design method of light steel tube truss-webbed concrete composite bridges
英文主题词 Light steel tube truss composite structures, benchmark dimensionless weight analysis method, deflection and flexural capacity calculation, K-shaped joint, shear lag
英文摘要 The light steel tube truss-webbed concrete composite bridge ,which adopts the light steel tube truss-webbed is used to support the concrete slab, and connects the spatial steel grid and the concrete faceplate to form a whole bridge through the shear connector. The application and research of this type of bridge is still in its infancy. In this paper, the basic mechanical properties and design methods are studied, the main contents as listed below: 1. The variation of mechanical behavior of the light steel tube truss-webbed concrete composite bridge with design parameters is studied, benchmark dimensionless weight analysis method based on orthogonal analysis is proposed, which can determine the optimum design parameters of the light steel tube truss-webbed concrete composite bridge, moreover, it can be widely applied to the optimization design of other similar structural parameters of bridges. 2. The research point out that the inclined steel web member has great influence on the ultimate flexural capacity and deformation of the composite girder. Based on the simplified assumption of stiffness equalization, the concept of ‘equivalent width of web member’ is defined. Further, the theoretical calculation formula of limit bending capacity and bending stiffness is established, The theoretical formula of shear stiffness of steel tube truss is deduced considering the shear deformation of steel tube truss,. Based on the existing experimental data and the finite element model, the flexural capacity and deformation formula is verified in this paper, which indicated that the formula has high precision. 3. A new typed K-shaped joint is presented which is applicable for the light steel tube truss-webbed concrete composite bridge, the bearing mode, failure mode, shear transfer mechanism and ultimate bearing capacity calculation method are studied through the model test.It indicate that the failure mode of K-shaped joint is the direct-shear failure in the joint area of the tube, and the main reason for the failure is the vertical shear in the joint area caused by the axial force difference of the chords.The shear capacity of the K-shaped joint is primarily contributed by concrete of the chords, the connecting bolts, the pin coupling bars and the PBL shear connectors. The simplified formula is established based on the failure mode of the joint,and a simplified formula for shear capacity of joint is proposed, which can guide the design and calculation of the K-shaped joints. 4. The direct shear tests of connecting bolts and pin coupling bars were carried out, multi-liners load-slip displacement curves of connecting bolts and pin coupling bars were proposed, which provides the basis for the finite element analysis of K-shaped joint. According to the mechanical model and parameters of the local connection, the three-dimensional refined K-shaped joint model is established, the calculated results can well reflect the failure mode and ultimate bearing capacity of the joint, morever, the calculated load- displacement curve also agrees well with the experimental results. 5. The shear lag effect is studied on the point supported concrete plate under uniformly distributed load, through the benchmark finite element model, it is put forward that the shear lag effect of point supported concrete plate is strong, and a zone of negative shear lag near the node is existence. Using the energy variational principle, a displacement function with undetermined power exponent is derived, the stress calculation formula of concrete plate is established with any power exponent, further longitudinal position correction factor β is introduced, and the calculation formula is amended, when the power exponent is 5 in displacement mode, and appropriate correction factor β is adopted, the results can be agreed well with the finite element value trend. The effective distribution width of concrete flange plate is calculated and compared with various codes, the results indicate that the calculation value of each code is generally large and unsafe.
学术讨论
主办单位时间地点报告人报告主题
东南大学土木工程学院 2017年3月8日 土木馆204 端茂军 栓钉与PBL剪力键
东南大学土木工程学院 2010年06月01日 土木馆204 端茂军 钢混组合结构设计方法
东南大学土木工程学院 2011年6月21日 春晖堂 张喜刚 现代桥梁设计理念与技术创新
东南大学土木工程学院 2011年10月21日 逸夫建筑馆1501大会议室 Z. John Ma Structural Accelerated Renewal Engineering (SARE) in America
东南大学 2012年10月22日 东南院102报告厅 孙峻岭 桥梁建设的绿色技术——桥梁工程现代工业化技术
东南大学土木工程学院 2014年04月16日 土木馆204 端茂军 钢筋剪切试验与点支撑板计算
东南大学土木工程学院 2014年06月11日 土木馆204 端茂军 The Study of The Strut-And-Tie Model
东南大学土木工程学院 2015年03月21日 中山院212 David Sanders Southeast University Short Course on Concrete Structures
东南大学土木工程学院 2015年1月15日 逸夫科技馆报告厅 聂建国 科研体会—组合结构的创新与实践
东南大学土木工程学院 2016年06月06日 逸夫建筑馆1501大会议室 James Brownjohn Inertial Measurement Units for Human Moving Load Identification and Application -Footbridges
东南大学土木工程学院 2016年12月8日 土木馆204 端茂军 PBL剪力键试验
     
学术会议
会议名称时间地点本人报告本人报告题目
东南大学 2012年11月16日 南京
苏交科院士工作站 2014年10月16日 南京 钢桁腹-混凝土组合桥梁 新型PBL-钢管节点试验研究
中国公路学会年会 2015年10月15日 贵阳 新型装配式钢-混组合箱梁桥 试验研究
中国土木工程学会年会 2017年4月25日 南京
     
代表作
论文名称
钢桁腹-混凝土组合结构桥梁新型PBL-钢管节点试验研究
 
答辩委员会组成信息
姓名职称导师类别工作单位是否主席备注
丁汉山 正高 教授 博导 东南大学
张建东 正高 研究院级高级工程师 博导 江苏省交通科学研究院有限公司
惠卓 正高 教授 博导 东南大学
冯若强 正高 教授 博导 东南大学
魏洋 正高 教授 博导 南京林业大学
      
答辩秘书信息
姓名职称工作单位备注
贺志启 副高 副教授 东南大学