钢桁腹杆-劲性骨架混凝土组合拱受力性能与设计方法研究

结合钢桁腹杆-混凝土组合结构和劲性骨架施工法的优点，将其应用于混凝土拱桥中，提出了钢桁腹杆-劲性骨架混凝土新型组合拱桥。这种新型拱桥在具有减轻拱肋自重、提高截面效率、增强跨越能力等优点的同时，也解决了节点脆性破坏、施工定位困难、混凝土腹板浇筑复杂等问题；有望成为混凝土拱桥合理的结构形式，具有广阔的应用前景。本项目将首先通过试设计，确定这种新型组合拱桥的主要结构参数，其次围绕主要结构参数开展钢桁腹杆-劲性骨架混凝土柱、节点以及拱的受力性能试验，了解其工作机理、破坏模式、承载能力，在试验研究的基础上进一步开展理论研究和有限元分析，并最终提出钢桁腹杆-劲性骨架混凝土组合柱、节点、拱的承载力计算公式和设计方法，系统地了解这种新型组合拱桥的关键受力性能，为其工程实际应用提供理论基础和设计依据。本项目对促进我国在组合结构桥梁（尤其是拱桥）方面的科技创新具有重要意义。

钢桁腹杆-劲性骨架混凝土拱桥减轻拱肋自重、提高截面效率、增强跨越能力，是一种新型的组合拱桥。本项目首先以万州长江大桥为工程背景，进行此类拱桥的试设计；在试设计的基础上，考虑纵筋配筋率、钢管混凝土面积与截面面积之比、偏心率变化进行32根钢管混凝土劲性骨架组合柱受压承载力研究。研究表明，轴压柱承载力随着配筋率的增加而增加，面积比较大时，偏压柱承载力无明显变化甚至略微下降；组合柱的破坏模式受面积比显著影响，承载力公式应以其为区段分区间建立；偏心率对承载力的影响随面积比的变化而变化。以弦杆外径与外包混凝土总厚度之比进行3根钢管混凝土劲性骨架组合节点及1根钢管混凝土K型节点的受压性能研究。研究表明，在外包混凝土开裂后，组合节点的破坏模式与钢管混凝土K型节点一致，计算时受拉、压腹杆分别采用弦杆冲剪失效模式和有效宽度失效模式。最后，开展钢桁腹杆-劲性骨架组合拱承载力的模型试验，结果表明，组合拱的破坏模式接近于钢管混凝土拱的二类失稳破坏，承载力可等效为钢桁腹杆-劲性骨架格构柱进行简化计算。研究共发表标注论文9篇（其中SCI/EI收录4篇），另形成2篇论文已投稿EI刊源，其中一篇已录用，获得国家发明专利1项；培养硕士研究生5名，参加国际国内学术会议5次。以上研究，对促进此类新型组合拱的应用具有积极的意义。