连续钢混组合梁桥的抗剪连接及弯扭特性的分析理论研究

Based on the method of asymptotic homogenization for periodic structures, this proposal is aimed at investigating the analytical relations of the stiffness, strength, creep and fatigue properties of the shear connector with their shapes, sizes, material properties and distributing layout. The effect of the stiffness of the shear connectors will be studied on the mechanical behaviors of steel beam and concrete slab, especially those in the hogging moment regions of continuous composite beams. Analytical solutions will be developed for the continuous composite beams with non-uniform distributing shear connectors, and will be adopted to optimize the shapes, sizes and layout of the shear connector along the span for optimized tensional stress in concrete slab. The classical theory of box beam, which is based on the theory of closed cross section with thin wall, can also be extended to consider the effect of the interfacial slip between the steel-beam with the concrete slab due to the flexible shear connector. The presented theories can be utilized to analyze and design composite structures in bridge engineering.

本项目基于细观力学中周期结构的渐近展开法和参变量变分原理，研究钢混组合结构中抗剪连接件的刚度、极限承载力、徐变和疲劳特性与其形状、分布及材料特性之间的理论关系；然后利用状态空间法和多变量变分原理，分析抗剪连接刚度和体外预应力对连续组合梁中钢结构和混凝土板荷载分配的影响，特别对于负弯矩区组合截面受力特性的影响，建立抗剪连接刚度沿跨径方向非均匀分布并考虑体外预应力影响的连续钢混组合梁的解析分析理论，优化抗剪连接件的形状、尺寸和沿桥跨径的分布密度，以降低混凝土桥面板在负弯矩区的拉应力；最后在考虑钢结构与混凝土板之间相对滑移的基础上，对传统的基于薄壁闭口截面的箱梁分析理论进行改进，建立部分作用钢混组合箱形截面的分析理论，为连续钢混组合结构梁桥的设计分析提供理论基础。因此本项目具有重要的理论价值和实际应用背景。

本项目研究了钢混组合结构中抗剪连接件的刚度、极限承载力、徐变和疲劳特性与其形状、分布及材料特性之间的理论关系。由于采用了理论分析方法，可对任意形状、任意尺寸和任意分布形式的抗剪连接件进行快速的参数分析，模拟更符合实际情况的复杂应力状态下抗剪连接件的性能，实现抗剪连接件的参数优化设计；利用状态空间法和多变量变分原理，分析抗剪连接刚度和体外预应力对连续组合梁中钢结构和混凝土板荷载分配的影响，特别对于负弯矩区组合截面受力特性的影响，建立抗剪连接刚度沿跨径方向非均匀分布并考虑体外预应力影响的连续钢混组合梁的解析分析理论，优化抗剪连接件的形状、尺寸和沿桥跨径的分布密度，以降低混凝土桥面板在负弯矩区的拉应力，避免混凝土板的开裂；在考虑钢结构与混凝土板之间相对滑移的基础上，对传统的基于薄壁闭口截面的箱梁分析理论进行了改进，建立了部分作用钢混组合箱形截面的分析理论，构造了相应的有限单元，为连续钢混组合结构梁桥的设计分析提供理论基础和技术手段。这些研究工作具有重要的理论价值和实际应用背景。