钢-混凝土组合与叠合梁自振特性研究

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钢-混凝土组合与叠合双重作用梁可以有效的改善连续组合梁在负弯矩区的受力性能和抗裂性能。对这种新型结构的静力性能研究已取得了一定的进展,但对于其自振特性方面的研究却鲜有报道。本文通过理论分析、数值模拟及模型试验,对可释放混凝土桥面板拉应力的新型连接件及钢-混凝土组合与叠合梁自振特性进行了较为系统的研究,以期对组合与叠合梁的设计提供依据。基于组合与叠合梁的工作原理,提出连续组合梁桥负弯矩区抗拔栓钉的设计方法并得出在负弯矩区段,叠合所需抗拔连接件的个数远少于组合抗剪连接件的个数。采用换算截面法计算叠合界面有粘结力时截面的弯曲刚度;叠合界面无粘结力时,上、下层梁叠合,假设上、下层梁竖向变形一致,理论分析得到截面的弯曲刚度,并导出了混凝土顶板未开裂和正常使用两个阶段组合与叠合梁自振频率计算公式。考虑叠合面摩擦抵抗作用但不能分离,运用基本力学的方法,推导了考虑叠合界面摩擦效应时的截面刚度。组合与叠合梁的自振特性与受力状态有关,分别对负弯矩作用下、正弯矩作用下及零应力状态时的自振特性进行理论分析并推导出组合与叠合梁的自振频率计算公式。通过算例分析得到组合与叠合梁的自振频率在正弯矩作用下最大,零应力次之,负弯矩作用下最小;叠合梁考虑界面摩擦效应的自振频率增大,阶次越高,摩擦效应对梁刚度的贡献越大。使用有限元软件ANSYS建立钢-混凝土组合与叠合简支梁的二维有限元模型。通过理论计算与有限元分析对比,验证了有限元模型的可靠性与准确性。总之,有限元方法是分析钢-混凝土组合与叠合连续梁的一种非常有效的手段。对双面组合试验梁和组合与叠合试验梁分别进行锤击试验,双面组合梁和组合与叠合梁的自振频率几乎相同,在初始状态下,即粘结力破坏之前,表明二者具有相似的力学特性。
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