高性能钢-混凝土组合结构桥梁体系研究

钢-混凝土组合结构桥梁通过充分发挥不同材料的优势，在受力、施工、耐久、经济等方面能够表现出很高的综合性能，已成为桥梁工程未来的重要发展方向之一。本项目拟针对组合结构桥梁当前研究的不足和发展趋势，对组合结构桥梁体系展开全面深入的研究，具体内容包括：提出多种新型组合结构桥梁优化形式，并对其开展大比例模型试验，研究全过程工作机理，建立相关的计算模型和设计方法；针对组合结构桥梁的基本受力特征，对其静力行为和受力机理展开研究，建立较为完善的考虑施工全过程、收缩徐变、混凝土开裂、滑移效应及预应力等因素共同影响的计算模型；针对组合结构桥梁的抗震性能，研究关键构件在复杂边界条件下的滞回性能，提炼能充分反映组合结构复杂受力状态的高效数值模型，建立能准确反映结构在地震作用下受力特征的组合结构桥梁体系地震反应分析模型，提出适用于组合结构桥梁体系的抗震设计方法及减震控制措施。

钢-混凝土组合结构桥梁通过充分发挥不同材料的特点，在优化结构受力、减轻结构自重、方便结构施工、增强结构耐久性及改善经济指标方面更具竞争优势，是高性能桥梁结构体系的突出代表之一。本项目通过试验研究、数值模拟、理论分析以及优化设计等手段，从新型结构体系、关键静力性能以及体系抗震性能三个方面展开研究，主要完成的研究工作和取得的研究成果包括：（1）研发抗拔不抗剪综合抗裂新技术、双重组合作用技术、新型波形钢腹板组合桥、新型组合刚构桥以及超高性能混凝土组合桥面系等多种受力性能优越的组合结构桥梁新形式和新技术，并提出相应的设计方法和构造措施；（2）针对不同形式新型组合结构桥梁体系开展了系列模型试验研究，深入研究了包括曲线组合梁桥、斜拉桥组合桥面系、悬索桥组合桥面系等复杂组合结构桥梁体系的空间受力行为，全面揭示钢-混凝土界面、抗拔不抗剪连接件、钢混结合段等局部受力性能，分析了组合结构桥梁体系的全过程非线性受力行为；（3）在试验研究以及有限元数值模拟参数分析的基础上，建立了可考虑滑移、剪力滞后效应、施工全过程、收缩徐变、混凝土开裂、预应力等因素共同影响的组合结构桥梁体系统一理论分析模型；（4）通过消能元件、减震构件及抗震体系的试验和理论研究，建立可考虑关键组合构件复杂受力工况的组合结构桥梁体系抗震反应4D分析模型，研究组合结构桥梁体系的地震反应机理和损伤演变规律；（5）基于大型通用有限元程序提供的子程序接口，开发出多个组合结构桥梁体系中关键元件的分析程序，集成组合结构桥梁体系的多尺度数值模型，建立了针对组合结构桥梁体系的准确、高效且便捷的计算分析手段；（6）提出的组合结构桥梁体系新型结构形式、静力性能分析方法和抗震设计理论等成果在天津海河吉兆桥、重庆永川长江大桥、洞庭湖大桥等重大桥梁工程中得到实践和应用，可为高性能组合结构桥梁体系的设计和分析提供重要科学依据。