部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区双组合作用机理研究

部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁是在窄幅钢箱连续组合梁中支座负弯矩区的钢箱中部分灌注混凝土而形成的一种新型组合结构形式。在负弯矩区钢箱中部分充填混凝土，改善了中支座区域结构性能，既可以提高钢箱梁的局部和整体稳定性，又可以提高组合截面强度和刚度，还可以改善结构延性、抗震和抗疲劳等性能，施工方便，可用于双主梁连续组合梁桥中，在城市和野外中等跨径桥梁建设中有良好的应用前景，也可用于建筑结构的转换大梁。本项目拟通过理论和试验研究部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区充填混凝土、上翼缘混凝土板与钢箱梁的双组合作用机理，解决部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区强度、稳定性、混凝土翼板裂缝宽度控制等技术问题，给部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁设计奠定基础，为实际应用提供参考。研究内容具有理论意义和工程实用价值。

基于传统钢-混凝土连续组合梁中支座部位承载力不足，提出了一种新型组合梁—部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁，通过在中支座负弯矩区的钢箱中部分灌注混凝土以改善了中支座区域结构性能，既可以提高钢箱梁的局部和整体稳定性，又可以提高组合截面强度和刚度，还可以改善结构延性、抗震和抗疲劳等性能，可用于双主梁连续组合梁桥中，在城市和野外中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的方法研究了部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁负弯矩区的受力性能。已完成了6根长4.4m，钢箱截面0.18m×0.30m，翼板1.0m×0.15m的简支梁试件在反向加载下的受力试验,主要参数为翼板配筋率、抗剪连接度和箱内壁与混凝土的连接程度。试验结果表明，随配筋率增大，负弯矩下翼板裂缝密度增大、裂缝开展减慢，对裂缝宽度的控制明显；随着抗剪连接度增大，裂缝宽度发展减慢，裂缝密度发展加快；配筋率相同而抗剪连接度有差异的试验模型翼板裂缝最终分布密度相近；通过焊接开孔板保证箱内壁与混凝土的连接，明显提高了箱壁的局部稳定性，挠度延性相对无开孔板连接件的试验梁模型提高53%，但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，可以充分发挥钢板的强度。通过理论分析结合试验研究结果，导出了基于弹性理论的部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁的截面抗弯几何特性、挠度、应力的计算公式；提出了按塑性理论的部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁截面抗弯和抗剪承载力计算公式。提出了部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁桥设计和施工方法的构想；对部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁桥在实际工程中应用的可行性进行了探讨，双主梁式部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁桥比相同规模的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，改善了中支座区的受力性能，简化了钢箱构造，节省钢材，比双主梁式窄幅钢箱连续组合梁成本可以降低约10%，比传统的宽幅钢箱连续组合梁成本可以降低约20%。为双主梁式部分充填混凝土窄幅钢箱连续组合梁设计奠定了基础。