摘要
钢-混凝土组合梁通过剪力连接件将钢梁和混凝板结合成整体受力工作。常规材料强度较低导致混凝土板较厚、结构自重大、负弯矩区混凝土易开裂等问题，已成为制约组合梁进一步发展的主要技术瓶颈。新型高性能材料的涌现与成功应用，为普通组合梁技术瓶颈的突破提供了可能。UHPC具有超高强度、良好延性和优异耐久性；高强钢屈服强度不低于460MPa。相较于普通钢-混凝土组合梁，高强钢-UHPC组合梁可以改善混凝土板开裂导致结构承载力退化和耐久性不足等问题。 高强钢-UHPC组合梁的混凝土板较薄，栓钉高度受到UHPC板的严格限制，短栓钉较小的变形能力导致组合梁延性不足，发生脆性破坏。开孔板连接件抗剪承载力高、延性好，比栓钉更符合高强钢-UHPC组合梁对剪力连接件的使用要求。 目前，国内外有关普通钢材和常规混凝土组合梁的研究已较多，对高强钢-UHPC组合梁的研究尚未见报道，开孔板连接件在组合梁桥中应用较少。针对上述问题，本文结合国家自然科学基金项目“高强钢-UHPC组合梁的界面滑移行为及受弯破坏机理研究”（51908138），对高强钢-UHPC组合梁的抗弯性能、受弯破坏机理等进行研究，主要研究工作和成果如下： （1）设计并完成了3根设置开孔板连接件的高强钢-UHPC组合梁跨中两点对称加载试验，对剪力连接度分别为1.02、0.89和0.76的高强钢-UHPC组合梁抗弯刚度、抗弯承载力、挠度、界面滑移、应变分布规律等进行了分析，并研究了高强钢-UHPC组合梁的受弯破坏机理。试验结果表明：设置开孔板连接件的高强钢-UHPC组合梁具有较高的抗弯承载能力和良好的塑性变形能力；开孔板连接件可以保证混凝土板与钢梁协同受力，剪力连接度对高强钢-UHPC组合梁的抗弯性能影响显著。 （2）利用ABAQUS建立了高强钢-UHPC组合梁的非线性有限元分析模型，对比试验结果与模型计算结果，二者吻合良好。研究了组成材料强度（UHPC强度、钢材强度）和几何构造尺寸（混凝土板厚度、钢翼缘板厚度、钢腹板高度）对高强钢-UHPC组合梁抗弯性能的影响。数值结果显示：提高钢材强度能显著增强组合梁抗弯承载力，但不利于发挥组合梁延性；提高UHPC强度能显著改善组合梁延性并增强其抗弯承载力；增大混凝土板厚度、钢翼缘板厚度和钢腹板高度能显著增强组合梁抗弯承载力，但对结构延性影响不大。 （3）建立了25个不同材料强度的高强钢-UHPC组合梁有限元模型，研究其材料强度匹配性。研究发现在本文测试的高强钢-UHPC组合梁构造尺寸下，UHPC选用RPC100强度等级时，钢梁选用Q500可以从材料力学性能上实现最佳匹配。 （4）评估了《钢-混凝土组合桥梁设计规范》（GB50917-2013）中换算截面法、简化塑性理论和部分剪力连接度组合梁承载力计算方法对高强钢-UHPC组合梁受弯计算的适用性。对比结果表明，上述方法计算结果与试验结果、数值分析结果吻合较好，现有理论公式可作为高强钢-UHPC组合梁抗弯承载力设计的依据。
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