基于實(shí)橋測(cè)試的大跨徑混合梁鋼梁-混凝土梁結(jié)合段傳力機(jī)理

于祥坤 趙偉 申港 王先宣 王保群 宋軍 董旭

摘要：為研究大跨徑混合梁鋼梁-混凝土梁結(jié)合段的傳力性能和縱橋向應(yīng)力傳遞路徑，以韓莊運(yùn)河特大橋?yàn)楣こ瘫尘埃ㄟ^(guò)實(shí)橋測(cè)試與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式，分析主梁鋼梁-混凝土梁結(jié)合段應(yīng)力分布與傳遞規(guī)律。對(duì)鋼板和混凝土進(jìn)行應(yīng)變監(jiān)測(cè)，獲取其應(yīng)力分布與傳遞規(guī)律；采用軟件ABAQUS建立鋼梁-混凝土梁結(jié)合段精細(xì)化有限元計(jì)算模型，對(duì)比分析實(shí)橋數(shù)據(jù)與計(jì)算模型分析結(jié)果。結(jié)果表明：在鋼梁-混凝土梁結(jié)合段應(yīng)力從承壓板傳遞到混凝土梁的過(guò)程中，隨距承壓板距離的增大，應(yīng)力逐漸減小，混凝土梁段應(yīng)力最??；承壓板的最大應(yīng)力出現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力錨固處，越接近承壓板中心和承壓板邊緣，應(yīng)力越小；承壓板頂部整體應(yīng)力在吊裝階段較大，底部應(yīng)力在張拉階段較大，現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)與有限元模型應(yīng)力傳遞規(guī)律一致。

關(guān)鍵詞：大跨徑混合梁；鋼梁-混凝土梁結(jié)合段；應(yīng)力傳遞；承壓板；有限元分析；實(shí)橋測(cè)試

中圖分類號(hào)：U441;U448.21+6;TU311文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1672-0032（2024）02-0060-07

引用格式：于祥坤，趙偉，申港，等.基于實(shí)橋測(cè)試的大跨徑混合梁鋼梁-混凝土梁結(jié)合段傳力機(jī)理［J］.山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)，2024，32（2）：60-66.

YU Xiangkun， ZHAO Wei， SHEN Gang， et al. Force transmission mechanism of the joint section of long-span hybrid girder steel-concrete beam based on in-situ bridge test［J］.Journal of Shandong Jiaotong University，2024，32（2）：60-66.

0?引言

隨橋梁設(shè)計(jì)理論的發(fā)展和施工技術(shù)的成熟，混合梁橋在懸索橋、連續(xù)剛構(gòu)橋和連續(xù)梁等大跨徑橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用越來(lái)越廣[1-2]。鋼梁-混凝土梁混合結(jié)構(gòu)在梁式橋中的應(yīng)用較少，特大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土梁式橋因自身恒載過(guò)高，難以進(jìn)一步提高跨越能力，采用鋼梁-混凝土梁混合結(jié)構(gòu)，主跨采用部分鋼梁，可有效解決混凝土梁自重過(guò)大的問(wèn)題。混合梁橋鋼梁-混凝土梁結(jié)合段由2種材料組成，傳力過(guò)程中必然出現(xiàn)受力差異，研究鋼梁-混凝土梁結(jié)合段的傳力及受力性能是此類橋梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[3-4]。

為確保鋼梁-混凝土梁結(jié)合段施工質(zhì)量及受力合理，劉德清等[5]采用主梁制造預(yù)拱度控制、負(fù)誤差動(dòng)態(tài)控制主梁預(yù)制長(zhǎng)度和角度誤差、精確定位基準(zhǔn)梁和調(diào)整環(huán)氧樹脂膠厚度控制主梁拼裝誤差、修正變形等施工控制技術(shù)，減小混凝土主梁拼裝誤差；于祥坤[6]研發(fā)鋼梁-混凝土梁結(jié)合段臨時(shí)固定裝置進(jìn)行空間姿態(tài)定位；張玉平等[7]采用軟件ABAQUS模擬已澆筑鋼梁-混凝土梁結(jié)合段吊裝工藝，發(fā)現(xiàn)起吊荷載對(duì)結(jié)合段內(nèi)部混凝土不利，需在鋼梁頂板下方加勁后再吊裝；田波等[8]對(duì)鋼梁-混凝土梁結(jié)合段的位置、關(guān)鍵構(gòu)造進(jìn)行多方案設(shè)計(jì)，優(yōu)先采用梁肋全截面連接承壓傳剪式過(guò)渡構(gòu)造，并通過(guò)鋼梁-混凝土梁結(jié)合段現(xiàn)場(chǎng)靜力模型試驗(yàn)、破環(huán)模型試驗(yàn)及澆筑試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)合理性和施工的可實(shí)施性；施洲等[9]對(duì)主梁鋼梁-混凝土梁結(jié)合段進(jìn)行局部縮尺靜力和疲勞模型試驗(yàn)，并結(jié)合有限元分析鋼混結(jié)合段的應(yīng)力分布、滑移開裂及疲勞性能，發(fā)現(xiàn)最不利工況下，結(jié)合段鋼構(gòu)件應(yīng)力沿橫向分布不均且邊箱處應(yīng)力最大，沿縱向在承壓板處產(chǎn)生突變，承壓板傳力作用顯著；周凱旋[10]基于鋼梁-混凝土梁結(jié)合段疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，分析鋼頂板與混凝土間的連接方式、端橫隔板高度及頂板厚度、承壓板厚度對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷挠绊?；唐林俊[11]分別采用Midas civil和Midas FEA NX建立全橋和鋼混結(jié)合段局部有限元模型，將結(jié)合段截面內(nèi)力施加于局部有限元模型進(jìn)行靜力分析，結(jié)果表明結(jié)合段處于受壓狀態(tài)；姜興洪[12]評(píng)估鋼梁-混凝土梁結(jié)合段疲勞性能，根據(jù)應(yīng)力幅等效原則建立局部模型，分析對(duì)疲勞性能影響較大因素的合理取值；黃國(guó)紅等[13]基于中墩截面彎矩等效和邊支座支反力控制原則，采用結(jié)構(gòu)力學(xué)位移法建立力學(xué)和數(shù)學(xué)計(jì)算模型，推導(dǎo)三跨混合連續(xù)梁橋中跨鋼梁長(zhǎng)度占比的合理取值范圍，獲得三跨混合連續(xù)梁橋的跨徑布置及結(jié)合段合理位置（邊中跨比與中跨鋼梁長(zhǎng)度占比）間的關(guān)系或可行域范圍；陳君等[14]研究建立鋼梁-混凝土梁組合的混合連續(xù)梁精細(xì)化有限元模型，分析鋼梁-混凝土梁結(jié)合段在各種荷載工況下的局部應(yīng)力分布規(guī)律及荷載在結(jié)合段內(nèi)的傳遞路徑。目前對(duì)對(duì)鋼梁-混凝土梁結(jié)合段施工技術(shù)、受力性能、疲勞性能等的研究多集中于斜拉橋，大跨混合梁橋鋼梁-混凝土梁結(jié)合段的相關(guān)研究較少，且僅局限于室內(nèi)模型，缺少工程實(shí)體鋼梁-混凝土梁結(jié)合段傳力機(jī)理現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。

本文以韓莊運(yùn)河特大橋?yàn)楣こ瘫尘?，采用理論分析的方式研究鋼?混凝土梁結(jié)合段傳力機(jī)理，并進(jìn)行實(shí)體工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，建立精細(xì)化有限元計(jì)算模型，分析主梁鋼梁-混凝土梁結(jié)合段應(yīng)力分布與傳遞規(guī)律，以期為此類橋梁關(guān)鍵部位的設(shè)計(jì)與施工提供借鑒。

1?鋼梁-混凝土梁結(jié)合段軸力傳力機(jī)理理論

韓莊運(yùn)河特大橋鋼梁-混凝土梁結(jié)合段采用有格室后承壓板式結(jié)構(gòu)。鋼梁-混凝土梁結(jié)合段構(gòu)造參數(shù)包括承壓板厚度、結(jié)合段長(zhǎng)度、混凝土頂板厚度、混凝土底板厚度、縱向剪力鍵間距、PBL剪力鍵和栓釘數(shù)等，不同構(gòu)造參數(shù)對(duì)鋼梁-混凝土梁結(jié)合段處的傳力分配比有較大影響。混凝土梁承擔(dān)全部軸力，當(dāng)軸力到達(dá)鋼梁-混凝土梁結(jié)合段時(shí)，因混凝土梁和鋼結(jié)構(gòu)存在剛度差異，剪力鍵開始受力，且把力傳遞至鋼結(jié)構(gòu)上，承壓板承擔(dān)大部分軸力[15-16]。鋼梁-混凝土梁結(jié)合段軸力傳遞如圖1所示。

鋼梁-混凝土梁結(jié)合段長(zhǎng)L，以承壓板處為水平坐標(biāo)軸零點(diǎn)位置，x坐標(biāo)軸水平向右。忽略鋼梁-混凝土梁結(jié)合段內(nèi)摩擦力與黏結(jié)力的影響，總軸力

F=Fcon（x）+Fst（x），

式中：Fcon（x）為混凝土梁過(guò)渡段水平方向軸力，x為水平坐標(biāo)，F(xiàn)st為鋼梁-混凝土梁結(jié)合段水平方向軸力。

剪力鍵沿鋼梁-混凝土梁結(jié)合段縱向均勻分布，剪力鍵剪力與鋼結(jié)構(gòu)和混凝土間的滑移量成正比，剪力鍵剪力

qx=kq∫x0Fconxkc－Fstxksdx，（1）

式中：kq為剪力鍵剪切剛度；kc為混凝土過(guò)渡段軸向壓縮剛度，kc=AcEc，其中Ac為混凝土的截面面積，Ec為混凝土的彈性模量；ks為鋼結(jié)構(gòu)軸向壓縮剛度，ks=AsEs，其中As為鋼結(jié)構(gòu)的截面面積，Es為鋼結(jié)構(gòu)的彈性模量。

q（x）隨x累加，鋼結(jié)構(gòu)與剪力鍵剪力間的微分方程為：

Fstx=∫Lxqxdx。（2）

在結(jié)合段長(zhǎng)L的鋼板上，F(xiàn)st=0；在x=0處，q（x）=0，根據(jù)式（1）（2）求得：

Fst（x）=Fρ0[1-cosh（krx）sech（Lkr）]，

q（x）=Fρ0krsech（Lkr）sinh（krx），（3）

式中：ρ0為結(jié)合段構(gòu)造傳力比；kr為剪力鍵與鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)的相對(duì)剛度，kr=[k（ks+kc）/kcks]1/2，其中k為剪力鍵換算線剛度，k=kq/d，d為剪力鍵剪切面長(zhǎng)度。

根據(jù)式（3）可知，x=L時(shí)，結(jié)合段與混凝土接觸端的剪力鍵內(nèi)力最大，最大剪力鍵內(nèi)力

qmax=Fρ0krtanh（Lkr）。

鋼梁-混凝土梁結(jié)合段剪力鍵剪力等于所有縱向剪力鍵傳力之和，在x=0，承壓板與混凝土結(jié)合處，剪力鍵剪力總和qsum=Fstmax=Fρ0[1-sech（Lkr）]。

剪力鍵傳力比

Rq=qsum/F=ρ0[1-sech（{L}kr）]，

式中{L}為以m為單位的L的數(shù)值。

Rq主要與ρ0、kr和L有關(guān)。Rq變化曲線如圖2所示。由圖2可知：ρ0和kr不變時(shí)，Rq隨L的增大而增大，趨近于ρ0時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)協(xié)同變形，不再產(chǎn)生滑移，剪力鍵不再受力，Rq不再增大，Rq的最大值為ρ0。

2?實(shí)橋試驗(yàn)與測(cè)試方案

在實(shí)體工程現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，可更直觀地反映鋼梁-混凝土梁結(jié)合段的受力與傳力特性。在鋼梁-混凝土梁結(jié)合段的關(guān)鍵施工階段，作用在結(jié)合段上的軸力從混凝土箱梁傳遞到鋼箱梁時(shí)，縱向剛度突變，易產(chǎn)生應(yīng)力集中[17-19]。截取縱橋向6個(gè)斷面和后承壓板橫斷面布置應(yīng)力傳感器，監(jiān)測(cè)應(yīng)力傳遞分布。在受力傳遞過(guò)程中，鋼梁-混凝土梁結(jié)合段后承壓板對(duì)傳力起關(guān)鍵作用，通過(guò)應(yīng)力監(jiān)測(cè)布置研究承壓板應(yīng)力分布情況，同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)承壓板的工作狀態(tài)。試驗(yàn)內(nèi)容包括：對(duì)縱橋向鋼梁-混凝土梁結(jié)合段斷面進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置，研究應(yīng)力在縱橋向各斷面處傳力的分配比例，分析應(yīng)力在縱橋向的傳力規(guī)律；研究后承壓板在受力過(guò)程中的應(yīng)力分布情況。

2.1?工程簡(jiǎn)介

韓莊運(yùn)河特大橋的主梁施工分為混凝土梁施工和鋼梁-混凝土梁結(jié)合段施工，主橋混凝土梁邊跨最大懸臂長(zhǎng)63.5 m，分為17個(gè)梁段；中跨最大懸臂端長(zhǎng)59.25 m，分為17個(gè)梁段，采用掛籃對(duì)稱懸臂澆筑前17個(gè)梁段（第15#～17#梁段兩側(cè)懸臂澆筑質(zhì)量不同，滿足結(jié)構(gòu)受力的最優(yōu)選擇）。鋼梁-混凝土梁結(jié)合段長(zhǎng)4.5 m，采用浮吊起吊和掛籃固定，形成安全、穩(wěn)定的操作平臺(tái)，方便鋼梁-混凝土梁結(jié)合段混凝土澆筑和預(yù)應(yīng)力張拉。鋼箱梁長(zhǎng)57.0 m，采用整體吊裝，將工廠預(yù)制合龍鋼箱梁通過(guò)運(yùn)河通道運(yùn)至橋位，由橋面吊機(jī)將合龍鋼箱梁起吊，吊裝就位后采用高強(qiáng)度螺栓永久固定，采用CO2氣體保護(hù)焊焊接裂縫。重點(diǎn)分析現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)鋼梁-混凝土梁結(jié)合段的施工工況及鋼箱梁安裝完成后的施工工況。施工結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示。

2.2?應(yīng)變計(jì)布置

在鋼梁-混凝土梁結(jié)合段處的混凝土過(guò)渡段間隔750 mm布置2個(gè)斷面，橫隔板后500 mm布置1個(gè)斷面，斷面上應(yīng)變計(jì)的布置如圖4所示。在鋼梁-混凝土梁結(jié)合段吊裝前測(cè)得頂板、腹板和底板沿橋長(zhǎng)方向的應(yīng)力分布，得到鋼梁-混凝土梁結(jié)合段的應(yīng)力集中程度及鋼梁-混凝土梁結(jié)合段的傳力效果。

采用有限元軟件ABAQUES對(duì)承壓板應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬分析，根據(jù)得到的承壓板應(yīng)力監(jiān)測(cè)分布情況進(jìn)行測(cè)點(diǎn)布置，以預(yù)應(yīng)力錨固處的應(yīng)力狀態(tài)監(jiān)測(cè)為重點(diǎn)。在承壓板頂、底板側(cè)預(yù)應(yīng)力錨固端分別設(shè)置1個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，在中心線頂板、底板上、下分別布置應(yīng)變測(cè)點(diǎn)，翼緣板布置1個(gè)應(yīng)變測(cè)點(diǎn)。承壓板應(yīng)變計(jì)布置如圖5所示。單個(gè)承壓板布置9個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器，全橋2個(gè)承壓板共布置18個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器。

監(jiān)測(cè)縱橋向軸力由混凝土傳遞到鋼梁-混凝土梁結(jié)合段的應(yīng)力，全橋布置6個(gè)斷面A～F進(jìn)行對(duì)照監(jiān)測(cè)，如圖3所示，共布置36個(gè)應(yīng)力監(jiān)測(cè)傳感器。鋼梁-混凝土梁結(jié)合段澆筑前測(cè)試初始應(yīng)力。

2.3?現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與有限元分析結(jié)果對(duì)比

澆筑及吊裝階段各斷面頂板、底板縱向應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與有限元分析結(jié)果對(duì)比如圖6所示。

a）澆筑階段頂板縱向應(yīng)力?b）澆筑階段底板縱向應(yīng)力c）吊裝階段頂板縱向應(yīng)力d）吊裝階段底板縱向應(yīng)力

由圖6可知：在澆筑階段，鋼梁-混凝土梁結(jié)合段鋼箱梁段不受力，從斷面C到斷面A，應(yīng)力在鋼梁-混凝土梁結(jié)合段的縱橋向傳遞過(guò)程中，頂板、腹板、底板應(yīng)力逐漸減小，結(jié)合段的頂板整體基本受拉，底板整體受壓。通過(guò)吊機(jī)固定鋼梁-混凝土梁結(jié)合段，實(shí)際受力較小，實(shí)測(cè)結(jié)果比有限元計(jì)算結(jié)果小，在腹板斷面B出現(xiàn)的最大誤差為2.9 MPa。應(yīng)力的整體傳力趨勢(shì)與ABAQUS模型中的計(jì)算結(jié)果基本一致。

在吊裝階段，鋼梁-混凝土梁結(jié)合段鋼箱梁段在跨中鋼箱梁的作用下所受應(yīng)力更大，應(yīng)力向混凝土梁段傳遞過(guò)程中，承壓板吸收部分應(yīng)力，從斷面D傳遞到斷面C的應(yīng)力顯著減少，傳遞到斷面A時(shí)應(yīng)力最小?？v向應(yīng)力的傳遞趨勢(shì)與ABAQUS有限元模型的計(jì)算結(jié)果及理論分析相同。為減小混凝土的收縮誤差，保證現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，在吊裝前、后各測(cè)1次應(yīng)力，斷面D的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)底板應(yīng)力與有限元計(jì)算結(jié)果的誤差稍大，為5.9 MPa。鋼箱梁結(jié)構(gòu)整體滿足安全設(shè)計(jì)要求[20]，在鋼箱梁的吊裝施工階段整橋施工控制良好。

3?鋼梁-混凝土梁結(jié)合段有限元精細(xì)化模型及結(jié)果對(duì)比分析

3.1?鋼梁-混凝土梁結(jié)合段精細(xì)化模型

計(jì)算分析韓莊運(yùn)河特大橋鋼梁-混凝土梁結(jié)合段應(yīng)力分布情況。根據(jù)圣維南原理，加載端到鋼梁-混凝土梁結(jié)合段的縱向距離應(yīng)不小于模型的最小寬度和最小高度，避免加載端附近應(yīng)力集中，減少對(duì)研究部位的影響。建立精細(xì)化模型需綜合考慮尺寸效應(yīng)、邊界效應(yīng)、荷載效應(yīng)等因素，采用軟件ABAQUES建立局部精細(xì)化模型，如圖7所示。結(jié)合段全長(zhǎng)21.1 m，其中混凝土梁段長(zhǎng)2.0 m，混凝土連接段長(zhǎng)5.5 m，鋼梁-混凝土梁結(jié)合段長(zhǎng)4.5 m，鋼箱梁剛度過(guò)渡段長(zhǎng)3.7 m，鋼箱梁段長(zhǎng)5.4 m。橋梁正常受力情況下，鋼梁-混凝土梁結(jié)合段中貫穿鋼筋、剪力釘與混凝土間的相對(duì)滑移較小。本模型不考慮黏結(jié)滑移的影響，剪力釘與鋼梁共節(jié)點(diǎn)并采用內(nèi)置區(qū)域約束耦合在混凝土內(nèi)，貫穿鋼筋與開孔間建立耦合約束，防止應(yīng)力集中。

3.2?有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析

將施工階段劃分為懸臂施工、邊跨合龍、鋼梁-混凝土梁結(jié)合段吊裝及鋼箱梁吊裝4個(gè)階段。張拉工況、成橋工況、全橋最大正彎矩和最大負(fù)彎矩工況下的承壓板應(yīng)力分布圖如圖8所示。

由圖8可知：承壓板在4個(gè)階段下的應(yīng)力分布趨勢(shì)基本相同，均受到預(yù)應(yīng)力的作用，在預(yù)應(yīng)力筋錨固區(qū)域和靠近中縱板的位置、承壓板底部邊角位置應(yīng)力較大，最大應(yīng)力出現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力錨固處，越接近承壓板中心和承壓板邊緣，應(yīng)力越小；承壓板的應(yīng)力整體小于60.00 MPa，錨墊板可避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象。承壓板整體的應(yīng)力水平不高，處于承壓板的屈服變形安全范圍內(nèi)。

根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果可知，承壓板頂部的整體應(yīng)力在吊裝階段較大，底部的應(yīng)力在張拉階段較大，成橋階段對(duì)承壓板上部產(chǎn)生較大應(yīng)力，承壓板與中腹板交接處應(yīng)力較大，與有限元模型分析結(jié)果相同。

鋼梁-混凝土梁結(jié)合段中的混凝土連接段在頂板、底板和腹板均設(shè)置PBL剪力板，PBL剪力板主要承擔(dān)剪力。頂板、底板的PBL剪力鍵與鋼箱梁連接段的T型加勁肋、腹板和中縱板連接，傳遞軸向力到PBL剪力板，在縱橋向的傳力規(guī)律與腹板的傳力規(guī)律一致。張拉工況、成橋工況、全橋最大正彎矩和最大負(fù)彎矩工況下PBL剪力板的縱橋向應(yīng)力分布如圖9所示。

由圖9可知：PBL剪力板在張拉工況下的應(yīng)力為-6.09～5.72 MPa，成橋工況下為-10.47～13.2 MPa，最大正彎矩工況下為-9.53～16.69 MPa，最大負(fù)彎矩工況下為-43.93～51.57 MPa；PBL剪力板的最大應(yīng)力均出現(xiàn)在靠近承壓板的位置，除個(gè)別地方應(yīng)力集中外，整體剪應(yīng)力較小。PBL剪力板承擔(dān)剪應(yīng)力和縱橋向應(yīng)力，應(yīng)力傳遞較理想，受力分布均勻，整體受力較小。在4個(gè)工況下PBL剪力板的應(yīng)力水平均在屈服強(qiáng)度范圍內(nèi)，符合安全使用標(biāo)準(zhǔn)[20]。

為消除混凝土收縮誤差，在吊裝鋼箱梁前、后各現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)1次應(yīng)力，消除誤差影響后得到現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果，與計(jì)算應(yīng)力的傳遞整體趨勢(shì)相似，鋼箱梁段底板應(yīng)力的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果略大，但整體結(jié)構(gòu)滿足安全儲(chǔ)備要求[20]。說(shuō)明在橋梁的吊裝施工階段控制良好，橋梁結(jié)構(gòu)滿足橋梁吊裝階段的安全設(shè)計(jì)。

4?結(jié)論

為研究大跨徑混合梁鋼梁-混凝土梁結(jié)合段傳力性能和縱向應(yīng)力傳遞路徑，以韓莊運(yùn)河特大橋?yàn)楣こ瘫尘埃ㄟ^(guò)實(shí)橋測(cè)試與數(shù)值模擬相結(jié)合的方式，分析主梁鋼梁-混凝土梁結(jié)合段應(yīng)力分布與傳遞規(guī)律。

1）剪力鍵傳力比主要與構(gòu)造傳力比、剪力鍵的相對(duì)剛度和結(jié)合段長(zhǎng)度3種構(gòu)造參數(shù)有關(guān)。結(jié)合段構(gòu)造傳力比和剪力鍵的相對(duì)剛度參數(shù)不變時(shí)，剪力鍵的傳力比隨結(jié)合段長(zhǎng)度的增大而增大，當(dāng)趨近結(jié)合段構(gòu)造傳力比時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)和混凝土結(jié)構(gòu)協(xié)同變形，不再產(chǎn)生滑移，剪力鍵不再受力，剪力鍵傳力比不再增大。

2）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)不同施工階段實(shí)測(cè)應(yīng)力進(jìn)行應(yīng)力傳遞分析，結(jié)果表明應(yīng)力在縱橋向的傳遞趨勢(shì)較平順，應(yīng)力從承壓板傳遞到混凝土梁，隨距承壓板的距離增大，應(yīng)力逐漸減小，在混凝土梁段應(yīng)力最小，與有限元模型的應(yīng)力傳遞規(guī)律相似。

3）承壓板的最大應(yīng)力出現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力錨固處，越接近承壓板中心和承壓板邊緣，應(yīng)力越小。承壓板頂部的整體應(yīng)力在吊裝階段較大，底部的應(yīng)力在張拉階段較大，成橋階段對(duì)承壓板上部產(chǎn)生較大應(yīng)力。在承壓板與中腹板交接處應(yīng)力較大，與有限元模型分析結(jié)果相同，在焊接施工中應(yīng)保證焊接質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]?金杰， 張君琳， 李業(yè)，等. 獨(dú)塔混合梁大跨斜拉橋鋼-混結(jié)合段的受力分析[J].公路， 2023， 68（1）：111-117.

[2]?施洲， 顧家昌， 余萬(wàn)慶，等. 大跨度斜拉橋雙向曲面混合橋塔鋼-混結(jié)合段受力性能研究[J].中國(guó)公路學(xué)報(bào)， 2022， 35（6）：73-85.

[3]?陳華婷， 李德旺， 孫平寬，等. 自錨式懸索橋鋼-混結(jié)合段受力性能試驗(yàn)研究[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)， 2023， 44（5）：837-846.

[4]?揣宏磊. 考慮徐變效應(yīng)的斜拉橋鋼-混結(jié)合段受力分析[J].中外公路， 2022， 42（6）：137-141.

[5]?劉德清， 王文洋. 大跨徑鋼-混混合梁連續(xù)剛構(gòu)橋施工控制關(guān)鍵技術(shù)[J].橋梁建設(shè)， 2021， 51（1）：121-129.

[6]?于祥坤. 跨鋼-混凝土混合梁鋼-混結(jié)合段吊裝固定及精確定位施工工藝[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新， 2022（12）：95-98.

[7]?張玉平， 高樹威， 李傳習(xí)，等. 基于鋼纖維混凝土彈塑性損傷模型的鋼-混結(jié)合段吊裝分析[J].長(zhǎng)沙理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）， 2020， 17（4）：32-41.

[8]?田波， 宋路兵. 混合梁斜拉橋鋼-混結(jié)合段設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)[J].中外公路， 2023， 43（2）：117-120.

[9]?施洲， 賈文濤， 寧伯偉，等. 高鐵大跨度斜拉橋主梁鋼-混結(jié)合段力學(xué)性能研究[J].鐵道學(xué)報(bào)， 2023， 45（3）：37-46.

[10]?周凱旋. 高速鐵路斜拉橋鋼-混結(jié)合段疲勞受力性能及疲勞模型試驗(yàn)方案研究[D].成都：西南交通大學(xué)， 2019.

[11]?唐林俊. 大跨徑混合梁斜拉橋鋼-混結(jié)合段靜力及疲勞性能分析[D].昆明：昆明理工大學(xué)， 2022.

[12]?姜興洪. 大跨度高速鐵路混合梁斜拉橋鋼-混結(jié)合段疲勞特性研究[D].成都：西南交通大學(xué)， 2021.

[13]?黃國(guó)紅， 官彩依， 卓為頂. 混合梁橋鋼-混結(jié)合段合理布置位置的優(yōu)化[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)， 2021，29（1）：32-40.

[14]?陳君， 黃國(guó)紅， 徐天，等. 混合連續(xù)梁橋鋼-混結(jié)合段局部應(yīng)力分布及傳力機(jī)理分析[J].山東交通學(xué)院學(xué)報(bào)， 2020， 28（2）：24-32.

[15]?彭波， 吳校全. 斜拉橋異形拱塔鋼-混結(jié)合段施工關(guān)鍵技術(shù)[J].公路， 2022， 67（12）：174-178.

[16]?彭浩. 新建南沙港鐵路西江特大橋跨西江主橋鋼-混結(jié)合段施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù)， 2022（3）：112-114.

[17]?吳小斌， 裴小剛. 鳳雛大橋索塔鋼-混結(jié)合段施工關(guān)鍵技術(shù)[J].施工技術(shù)， 2021， 50（14）：107-111.

[18]?楊仕力， 施洲， 蒲黔輝，等.高速鐵路雙箱混合梁斜拉橋鋼-混結(jié)合段力學(xué)行為研究[J].鐵道學(xué)報(bào)， 2022， 44（10）：150-160.

[19]?陳祖軍， 李世華， 鄭倩，等. 高蒸發(fā)比環(huán)境鋼-混結(jié)合段UHPC施工技術(shù)[J].建筑施工， 2023， 45（6）：1196-1198.

[20]?中華人民共和國(guó)交通運(yùn)輸部，中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司.公路鋼混組合橋梁設(shè)計(jì)與施工規(guī)范：JTG/T D64-01—2015[S].北京：人民交通出版社，2016.

Force transmission mechanism of the joint section of long-span

hybrid girder steel concrete beam based on in-situ bridge test

YU Xiangkun1， ZHAO Wei1， SHEN Gang1， WANG Xianxuan1，

WANG Baoqun2*， SONG Jun2， DONG Xu2

1.Rizhao Highway Construction Co.， Ltd.， Rizhao 276825， China；

2.School of Civil Engineering， Shandong Jiaotong University， Jinan 250357， China

Abstract：To study the force transmission performance and longitudinal bridge stress transfer path of the large-span hybrid steel-concrete beam joint section， the Hanzhuang Canal Bridge used as the engineering background， a combination of field bridge testing and numerical simulation is used to analyze the stress distribution and transmission law of the main beam steel-concrete beam joint section. The strain of the steel plates and concrete is monitored to obtain their stress distribution and transmission laws; the software ABAQUS is used to establish a refined finite element calculation model of the steel-concrete beam joint section， and the analysis results of the field bridge data are compared with the calculation model. The results show that during the process of stress transmission from the compressive plate to the concrete beam in the steel-concrete beam joint section， as the distance from the compressive plate increases， the stress gradually decreases， and the stress in the concrete beam section is minimal. The maximum stress on the compressive plate appears at the prestressed anchorage， with stress decreasing closer to the center and edge of the compressive plate. The overall stress at the top of the compressive plate is greater during the hoisting stage， while the stress at the bottom is greater during the tensioning stage， and the collected field data is consistent with the stress transmission law of the finite element model.

Keywords：long-span hybrid beam; the joint section of steel-concrete beam; stress transfer; pressure bearing plate; finite element analysis; in-situ bridge test

（責(zé)任編輯：王惠）

收稿日期：2023-04-04

基金項(xiàng)目：山東省自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（ZR2021ME134）

第一作者簡(jiǎn)介：于祥坤（1976—），男，山東日照人，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榈缆放c橋梁工程施工技術(shù)及項(xiàng)目管理，E-mail：95704395@qq.com。

*通信作者簡(jiǎn)介：王保群（1968—），男，山東淄博人，二級(jí)教授，工學(xué)博士，主要研究方向?yàn)闃蛄航ㄔO(shè)和隧道建設(shè)，E-mail：wbaoqun@163.com。

DOI：10.3969/j.issn.1672-0032.2024.02.009