部分充填式钢箱-砼连续组合梁桥基本受力性能及双组合作用机理研究

部分充填式钢箱-砼连续组合梁桥梁是矩形钢管砼与传统钢-砼连续组合梁结合的一种新型组合结构梁桥形式，在负弯矩区钢箱中部分充填砼，改善了连续组合梁桥中支座区域结构性能，具有结构自重轻、强度高、刚度大、延性好、抗震和抗疲劳性能好以及施工方便等优点，在中、大等跨径城市和野外桥梁建设中有良好的应用前景。本项目拟通过理论和试验分析部分充填式钢箱-砼组合连续梁桥基本受力性能，研究部分充填式钢箱-砼组合连续梁桥中充填砼和砼桥面板与钢箱梁的双组合作用机理，解决部分充填式钢箱-砼连续组合梁桥负弯矩区强度、稳定性、塑性转动能力、桥面板裂缝宽度控制等关键技术问题，为部分充填式钢箱-砼连续组合梁桥设计提供合理的分析和设计方法，给部分充填式钢箱-砼连续组合梁桥应用提供参考，进一步丰富组合结构形式和理论。

基于传统钢-混凝土连续组合梁桥中支座区域存在承载力不足及开裂问题，提出了一种新型组合梁桥—部分充填式钢箱-混凝土连续组合梁桥。中支座负弯矩区的钢箱中部分充填混凝土后，改善了连续组合梁的受力性能，在中、大等跨径桥梁建设中有良好的应用前景。通过理论分析和模型试验研究了部分充填式钢箱-混凝土连续组合梁的受力性能，提出了这种新型组合梁桥的初步设计计算理论。已完成了13根长4.4m简支梁试验梁、6根2X3m连续梁试验梁的受力试验，主要参数为翼板配筋率、抗剪连接度、箱内混凝土充填高度、组合截面力比等。试验结果表明，配筋率对负弯矩区翼板裂缝宽度的控制明显，配筋率3%时弹性阶段裂缝宽度在0.2mm以内；抗剪连接度小于1时裂缝密度明显变小，裂缝宽度随荷载增大变化大，抗剪连接度大于1时裂缝宽度随荷载增大相对比较稳定；箱内壁焊接开孔板连接键可提高了箱壁的局部稳定性，延性相对无开孔板连接键的试验梁提高53%，极限承载能力没有明显提高，说明充填混凝土阻止了钢箱壁内屈，提高了钢箱壁的屈后强度；钢箱全充填梁相对于半充填梁延性有一定提高，但翼板裂缝开展更快，承载能力没有明显提高；综合理论分析和试验研究成果，提出了基于弹性理论的部分充填式钢箱-混凝土组合梁的截面抗弯能力计算公式，滑移造成截面弹性承载能力下降约15%；提出了基于塑性理论的部分充填式钢箱-混凝土组合梁截面极限抗弯能力计算公式，组合梁考虑钢箱腹板、充填混凝土和混凝土翼板三部分贡献的极限抗剪能力计算公式; 利用瑞利-里兹能量法导出了转动约束的矩形板单侧屈曲强度计算公式，并对计算公式进行了简化。提出了部分充填式钢箱-混凝土连续组合梁桥设计和施工的初步方案；对充填式钢箱-混凝土连续组合梁桥在实际工程中应用的可行性进行了探讨，相对于预应力混凝土连续梁桥在重量上可以减轻约30%，施工更方便，具有更良好的使用性能；与钢箱连续组合梁相比，可简化了钢箱构造，方便加工，节省钢材。研究成果可以为部分充填式钢箱-混凝土连续组合梁桥设计提供参考。