【摘 要】
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新型钢-UHPC组合桁式拱桥的提出,有望解决特大跨径拱桥造价高、难以施工等难题,其中拱肋与腹杆连接节点是组合桁式拱桥整体受力的关键。本文提出了一种预埋钢接头的UHPC箱型拱肋与钢腹杆连接节点构造,为探究该结构的受力性能并验证其可行性,本文主要完成了以下工作:（1）对跨径1000m的钢-UHPC组合桁式拱桥中拱肋与腹杆节点进行了试设计,计算结果表明节点处UHPC箱型拱肋受力最不利区域为预埋了钢接头的
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新型钢-UHPC组合桁式拱桥的提出,有望解决特大跨径拱桥造价高、难以施工等难题,其中拱肋与腹杆连接节点是组合桁式拱桥整体受力的关键。本文提出了一种预埋钢接头的UHPC箱型拱肋与钢腹杆连接节点构造,为探究该结构的受力性能并验证其可行性,本文主要完成了以下工作:（1）对跨径1000m的钢-UHPC组合桁式拱桥中拱肋与腹杆节点进行了试设计,计算结果表明节点处UHPC箱型拱肋受力最不利区域为预埋了钢接头的顶板。对该区域节点按1:5缩尺,不考虑UHPC箱型拱肋中底板和腹板对节点受力的贡献,开展平面三向加载试验,研究了拱肋与腹杆节点的受力性能和可行性。结果表明:平面三向加载试验中节点的破坏模式为UHPC拱肋一侧开裂,另一侧压溃破坏;平面三向加载试验中,钢腹杆的极限荷载是基本组合设计荷载的2.72倍,表明拱肋的承载能力满足要求;平面三向加载试验中UHPC拱肋的名义开裂应力为13.36MPa,是设计应力的1.85倍,表明拱肋的抗裂性能满足设计要求;钢接头与UHPC拱肋结合面的抗剪性能和抗拉拔性能满足正常使用极限状态要求;节点安全可靠,满足设计要求;对K形节点试件补充了拉拔试验,试验结果表明,拱肋与腹杆连接节点在拉拔荷载作用下的破坏模式为UHPC拱肋沿钢接头的轮廓发生剪切破坏,UHPC拱肋与钢腹杆连接节点抗拔承载力满足设计要求,安全储备高。（2）通过4个拱肋与腹杆节点的拉拔试验,对节点的拉拔性能进行了研究,结果表明在节点内与腹杆壁对应的位置设置PBL键,节点其他部位设置栓钉,是一种十分合理的构造措施;拱肋与腹杆节点拉拔试件的破坏模式为UHPC一侧剪切破坏,且钢接头的钢板与UHPC的分离量较小,满足1000m钢-UHPC组合桁式拱桥正常使用极限状态和承载力极限状态的要求;且随着PBL数量和栓钉排数的增加,拱肋-腹杆节点的安全系数增加至2.43;通过ABAQUS/Explicit模块对节点拉拔试验进行分析,有限元模型计算结果与拉拔试验荷载-分离量曲线、极限承载力、破坏模式等吻合良好,表明建模方法合理可靠,可以有效地模拟拉拔试件的力学性能。（3）建立了拱肋与腹杆节点的ANSYS多尺度有限元模型,且计算结果与Midas全桥模型计算结果最大偏差不超过6%,表明本文提出的多尺度有限元建模方法合理可行,可为后续类似拱肋与腹杆节点的分析和设计提供参考;拱肋非钢接头预埋区域最大拉应力为11.6MPa,小于第2章计算所得的名义开裂应力,拱肋的抗裂性能满足要求;在频遇组合工况下最大滑移量和最大分离量均小于0.2mm,满足正常使用极限状态要求;不同荷载形式的局部有限元分析结果表明,钢腹杆的拉、压荷载同时作用时能够改善拱肋和钢接头的受力状态,提高节点的承载能力和使用性能;对足尺拱肋与腹杆节点进行有限元多参数分析,结果表明,采用PBL-栓钉组合剪力键的拱肋-腹杆节点的用钢量最少,且整体受力性能好,设计合理;当UHPC的抗压强度从120MPa提升至180MPa时,节点的拉拔极限承载力提升了2.0%;当UHPC的抗拉强度从7MPa提升至10MPa时,节点的拉拔极限承载力提升了7.4%;贯穿钢筋直径对试件的拉拔极限承载力影响较小。
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