一級建造師市政公用工程管理與實務(wù)考試必備講義匯編（4650P 城市橋梁篇）88

本文研究內(nèi)容

本文通過縮尺模型試驗以考察鋼—混凝土接頭這種壓彎構(gòu)件的承載力及其力學性能。并利用ANSYS有限元軟件對鋼-混凝土壓彎構(gòu)件進行荷載—應(yīng)變、變形關(guān)系全過程計算和工作機理分析，將數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果進行對比分析。以驗證鋼—混凝土接頭做到能比較流暢地傳遞各種荷載產(chǎn)生的內(nèi)力及變形，避免產(chǎn)生應(yīng)力集中和折角，確?；旌辖Y(jié)構(gòu)安全、經(jīng)久耐用。本文將在理論分析、試驗研究和有限元仿真分析的基礎(chǔ)上對鋼—混凝土接頭變形性能、應(yīng)力分布和其承載力及破壞模式進行分析。主要的研究內(nèi)容有：1、鋼-混凝土結(jié)合段結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法；2、鋼-混凝土結(jié)合段鋼與混凝土的傳力機制；3、鋼-混凝土結(jié)合段鋼結(jié)構(gòu)及混凝土應(yīng)力分布及變形；4、鋼-混凝土結(jié)合段承載能力及破壞模式；第一章緒論

1.1鋼—混凝土復合結(jié)構(gòu)1.1.1復合結(jié)構(gòu)分類鋼-混凝土復合結(jié)構(gòu)是在鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的一種新型結(jié)構(gòu)，它是由不同材料結(jié)合成整體結(jié)構(gòu)而共同工作，并能獲得比單一材料結(jié)構(gòu)更佳的特性的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過數(shù)十年的研究和實踐，鋼—混凝土復合結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)展成為既區(qū)別于傳統(tǒng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，又與之密切相關(guān)的一門學科，其結(jié)構(gòu)類型和適用范圍涵蓋了土木工程的整個領(lǐng)域。隨著鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)復合技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的日益廣泛，出現(xiàn)了多種復合方式和結(jié)構(gòu)形式，為了統(tǒng)一名詞定義、避免混淆，日本有學者對由異種材料組成的結(jié)構(gòu)做了明確定義和分類：復合結(jié)構(gòu)是組合結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)的總稱。組合結(jié)構(gòu)是指構(gòu)件截面由鋼和混凝土等異種材料部件接合成整體結(jié)構(gòu)而共同工作的結(jié)構(gòu)體系，如組合梁、壓型鋼板混凝土板、型鋼混凝土、外包鋼混凝土等結(jié)構(gòu)?；旌辖Y(jié)構(gòu)是部分采用鋼構(gòu)件（例如鋼柱、鋼梁等）、鋼筋混凝土構(gòu)件（鋼筋混凝土柱、鋼筋混凝土梁等）、組合構(gòu)件（鋼骨混凝土、鋼管混凝土、組合梁）中的兩種或兩種以上的構(gòu)件組合成整體的結(jié)構(gòu)。1.1.2鋼—混凝土復合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用鋼-混凝土復合結(jié)構(gòu)是結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域近年來發(fā)展很快的一個方向。復合結(jié)構(gòu)多運用于高層建筑及大跨橋梁。鋼—混凝土復合結(jié)構(gòu)利用了鋼材和混凝土各自的材料性能，具有承載力高、剛度大、構(gòu)建節(jié)目尺寸小、施工快速方便等優(yōu)點。同鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比，復合結(jié)構(gòu)可以減小構(gòu)件截面尺寸、減輕結(jié)構(gòu)自重、減小地震作用、增加有效使用空間、降低基礎(chǔ)造價、方便安裝、縮短施工周期、增加構(gòu)件和結(jié)構(gòu)的延性等優(yōu)點；同鋼結(jié)構(gòu)相比，具有可減小用鋼量、增大剛度、增加穩(wěn)定性和整體性、提高結(jié)構(gòu)的抗火性和耐久性等優(yōu)點。隨著我國經(jīng)濟建設(shè)的快速發(fā)展、鋼產(chǎn)量的大幅提高、鋼材品種的增加、科研工作的深入、應(yīng)用實踐經(jīng)驗的累積，鋼—混凝土復合結(jié)構(gòu)在我國也得到迅速的發(fā)展和越來越廣泛的運用，應(yīng)用范圍已經(jīng)涉及到建筑、橋梁、高聳建筑、地下結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)加固等領(lǐng)域。例如我國的已建成的金茂大廈、深圳地王大廈、賽格廣場等超高層建筑，全部或部分采用了復合結(jié)構(gòu)。同時，復合結(jié)構(gòu)還非常適用于斜拉橋、懸索橋、拱橋等大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)體系，如重慶菜園壩長江大橋、舟山桃夭門大橋、青洲閩江大橋。工程應(yīng)用實踐證明，復合結(jié)構(gòu)綜合了鋼結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，可以用傳統(tǒng)的施工方法和簡單的施工工藝獲得優(yōu)良的結(jié)構(gòu)性能，技術(shù)經(jīng)濟效益和社會效益顯著，非常適合我國現(xiàn)階段基本建設(shè)的國情，是具有廣闊的應(yīng)用前景的新型結(jié)構(gòu)體系之一。近年來，橋梁建設(shè)的快速發(fā)展得益于鐵路和高速公路基礎(chǔ)建設(shè)的強勁增長。鋼—混凝土復合結(jié)構(gòu)類型橋梁相對于其他類型橋梁具有良好的技術(shù)特點和較高的成本效益，不但適用于大跨徑橋梁建設(shè)，而且在中小跨徑橋梁建設(shè)中具有較強的競爭力。1.3鋼與混凝土的連接鋼與混凝土結(jié)合段時一般采用以下幾種方案：焊接鋼筋錨固式、PBL剪力鍵式、剪力釘體外預應(yīng)力錨固式和外法蘭盤預壓式等四種設(shè)計方案。1.3.1焊接鋼筋錨固式焊接鋼筋錨固式鋼-混結(jié)合段方案多用于早期的鋼管混凝土系桿拱橋和鋼箱結(jié)構(gòu)中。通過在鋼結(jié)構(gòu)內(nèi)外壁焊接粗鋼筋，利用粗鋼筋在混凝土塔座中的握裹，并在連接區(qū)段設(shè)置足夠的承壓鋼筋網(wǎng)和其它構(gòu)造鋼筋，實現(xiàn)混凝土與鋼箱的可靠連接，同時將部分段落的鋼構(gòu)件埋置于混凝土塔座中。1.3.2PBL剪力鍵式南京長江三橋鋼塔與混凝土橋墩的連接方案，在國內(nèi)率先引入主要承壓構(gòu)件使用PBL剪力鍵的模式，在進行鋼箱與混凝土錨固時，將鋼箱插入混凝土體內(nèi)一段長度，插入段四邊腹板和中間縱隔板開設(shè)直徑6cm左右的圓孔，圓孔內(nèi)放置直徑Φ32的粗鋼筋，采用特殊工藝保證粗鋼筋位于圓孔中心，鋼塔內(nèi)力傳遞依靠混凝土與鋼筋共同組成的剪力鍵受剪和鋼板與混凝土之間的粘結(jié)力實現(xiàn)。1.3.3剪力釘體外預應(yīng)力錨固式剪力釘配合體外預應(yīng)力錨固式鋼混結(jié)合段處理方案是北京市路橋工程中最常用的方案，此方案通過在鋼箱端部焊接圓頭焊釘，塔座預設(shè)預應(yīng)力鋼束，在連接段上端設(shè)置預應(yīng)力錨箱，通過張拉預應(yīng)力鋼束實現(xiàn)鋼箱與混凝土塔座的固結(jié)，并通過調(diào)整預應(yīng)力張拉噸位控制鋼混結(jié)合面在任意荷載作用條件下始終處于受壓狀態(tài)。1.4研究背景1.4.1橋梁概況五渡橋是北京市房山區(qū)淶寶路西關(guān)上一座橋梁，跨越拒馬河，位于十渡風景區(qū)內(nèi)（項目地理位置見圖1.8）。項目路線設(shè)計全長550m，起點樁號K0+000,與現(xiàn)況淶寶路接順；終點樁號K0+550，與新建四渡橋相接。淶寶路為二級公路，設(shè)計速度為40km/h，路基寬18m，路面寬12m，設(shè)計汽車荷載為公路－Ⅰ級，人群荷載3.5kN/m2，地震動峰值加速度為0.2g。1.4.2傾斜型預壓式鋼-混結(jié)合段設(shè)計本橋設(shè)計中采用內(nèi)法蘭預壓式實現(xiàn)鋼塔與混凝土塔座連接的方案。鋼架塔A段與塔座間采用施加高強螺栓預壓力和設(shè)置鋼混連接段的模式進行。連接時，首先進行剛架塔A段與塔座預埋鋼板的連接，采用連接螺母接長高強螺栓后，澆筑剛架塔內(nèi)鋼混段混凝土，最后在鋼混段頂錨固板進行接長高強螺桿的緊固。高強螺栓和螺桿均為10.9SM24高強螺栓和螺桿，設(shè)計預緊力為225kN，均采用定扭矩扳手施工。1.5研究現(xiàn)狀及存在問題隨著社會的發(fā)展，科技的進步，橋梁造型變化日新月異，混合結(jié)構(gòu)不光運用于大跨徑斜拉橋、梁橋和拱橋建設(shè)中。為了達到優(yōu)美而獨特的環(huán)境效果，大量設(shè)計新穎的結(jié)構(gòu)形式不斷涌現(xiàn)。盡管現(xiàn)代計算理論方法已經(jīng)能夠分析橋梁結(jié)構(gòu)復雜的應(yīng)力問題，但是計算結(jié)果與實際結(jié)果存在一定的差異。目前，國內(nèi)外對鋼-混結(jié)合段研究的文獻資料大多數(shù)是針對混合梁斜拉橋和梁橋進行的，其結(jié)合部位的結(jié)構(gòu)構(gòu)造、應(yīng)力分布以及傳力機制與三角剛架懸吊連續(xù)梁橋有著很大的不同，難以直接推廣運用，只能用作設(shè)計的參考和借鑒。尤其是本項目采用內(nèi)法蘭預壓式實現(xiàn)鋼塔與混凝土塔座連接的方案，并且采用預壓高強螺栓進行連接。因此需要對其受力性能做出綜合分析，并對其合理性做出研究。1.6本文所研究內(nèi)容1、鋼-混凝土結(jié)合段結(jié)構(gòu)設(shè)計計算方法；2、鋼-混凝土結(jié)合段鋼與混凝土的傳力機制；3、鋼-混凝土結(jié)合段鋼結(jié)構(gòu)及混凝土應(yīng)力分布及變形；4、鋼-混凝土結(jié)合段承載能力及破壞模式；第二章鋼—混凝土塔座預應(yīng)力結(jié)合段模型有限元分析

2.1有限元單元介紹在采用ANSYS進行有限元仿真分析中，混凝土選用SOLID65實體單元模擬，鋼板選用SHELL93殼單元模擬，高強螺栓選用LINK8桿單元模擬。2.2有限元模型建立本文擬用有限元程序ANSYS對塔座鋼-混結(jié)合段進行實體仿真模擬，有效分析結(jié)構(gòu)的受力特性。有限元模型的建立如下所示：仿真計算模型比例取4:1。鋼-混結(jié)合段長500mm，向混凝土塔座方向取500mm混凝土段，向鋼箱方向取500mm鋼箱段，模型的總長度為1500mm。同時滿足仿真計算模型能較真實的反映實橋鋼-混凝土結(jié)合段受力情況。仿真分析時建模的原則應(yīng)該滿足：1）模型盡可能與實際結(jié)構(gòu)一致。2）對實際結(jié)構(gòu)進行進行必要的簡化，但又不要太過于簡化。這樣就既能保證模型具有足夠的精度，又能滿足模型計算效率，并力求結(jié)果準確合理。在項目實體橋梁結(jié)構(gòu)中鋼-混結(jié)合段為傾斜型預壓式結(jié)構(gòu)，施工階段和使用階段受力比較復雜。為簡化建模，擬采用以下基本假定：（1）鋼-混結(jié)合段兩端尺寸差距不大，擬采用采用上下尺寸相等的簡化方式來建模。（2）高強螺栓（LINK8單元）、鋼結(jié)構(gòu)（SHELL63單元）、混凝土（SOLID65單元）采用共節(jié)點關(guān)系處理。（3）在鋼混結(jié)合段內(nèi)，忽略鋼板與混凝土之間的相對滑移，認為高強螺栓可以有效地保證鋼板與混凝土的協(xié)同工作。（4）在混凝土塔座的仿真模擬中，將鋼筋彌散在混凝土中，假定鋼筋與混凝土粘結(jié)良好，無相對滑移。（5）在模型的受力狀態(tài)模擬中對荷載進行了等效處理：軸向力簡化為均布荷載作用于軸向鋼箱表面上、彎矩簡化為均布荷載形成的力偶作用于鋼結(jié)構(gòu)上緣。有限元理論分析考慮了材料非線性和邊界非線性，分別通過給定材料的非線性本構(gòu)關(guān)系、創(chuàng)建接觸對來實現(xiàn)。高強螺栓的預緊力采用降溫法來模擬，鋼-混凝土結(jié)合部塔座底部按固結(jié)考慮。加載工況按承載能力極限狀態(tài)下最大軸力作用效應(yīng)組合和最大彎矩作用效應(yīng)組合來考慮，另外，為了進一步研究結(jié)構(gòu)的非線性行為，軸向上保持最大軸力不變，通過逐步加大側(cè)向力來研究結(jié)構(gòu)的破壞形式。依據(jù)上述原則建立的鋼—混結(jié)合段三維空間有限元模型如圖：2.3鋼—混結(jié)合段有有限元分析析研究鋼—混凝土結(jié)合合段局部有有限元分析析主要是對對承載能力力極限狀態(tài)態(tài)下最大軸軸力荷載組組合和最大大彎矩荷載載組合下的的結(jié)構(gòu)受力力情況進行行分析，并并在此基礎(chǔ)礎(chǔ)上對結(jié)合合段的破壞壞作進一步步研究。2.3.1結(jié)合段受力力機理鋼與混凝土土結(jié)合段設(shè)設(shè)計方案根根據(jù)所采用用連接方式式的不同可可分為以下下幾種：焊焊接鋼筋錨錨固式、PBL剪力鍵式、、剪力釘體體外預應(yīng)力力錨固式和和外法蘭盤盤預壓式等等。傾斜型內(nèi)法法蘭預壓式式連接鋼-混結(jié)合段，，采用高強強螺栓施加加預緊力，，使結(jié)構(gòu)首首先有了預預應(yīng)力，有有效防止了了混凝土結(jié)結(jié)合面上產(chǎn)產(chǎn)生拉應(yīng)力力，并有效效預防混凝凝土裂縫的的產(chǎn)生。在在模型結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計時，，使塔底邊邊緣的拉力力不超過高高強螺栓的的預緊力設(shè)設(shè)計值，保保證混凝土土塔座始一一直處于受受壓的狀態(tài)態(tài)。2.3.2最大軸力荷荷載組合1．結(jié)合段混混凝土塔座座應(yīng)力分析析最大軸力作作用效應(yīng)組組合下，鋼鋼-混結(jié)合段混混凝土塔座座應(yīng)力分布布云圖如圖圖。由于對對高強螺栓栓施加了預預緊力，混混凝土塔座座除頂端受受拉側(cè)外基基本處于受受壓狀態(tài)，，壓應(yīng)力除除個別點偏偏大外基本本分布在為為1Mpa左右，其受受力狀況與與設(shè)計相吻吻合。另外外，由于彎彎矩的存在在導致受拉拉側(cè)混凝土土塔座底部部產(chǎn)生了的的較小拉應(yīng)應(yīng)力，這是是由實際受受力狀態(tài)等等效加載方方式所致。。2．結(jié)合段鋼鋼箱應(yīng)力分分析最大軸力作作用效應(yīng)組組合下，鋼鋼-混結(jié)合段內(nèi)內(nèi)鋼箱的應(yīng)應(yīng)力云圖如如圖2.6。由圖可以以看出，鋼鋼箱總體表表面的應(yīng)力力分布在15Mpa左右，但也也有個別點點應(yīng)力偏大大，最大應(yīng)應(yīng)力集中點點的應(yīng)力也也在60Mpa以下，遠小小于鋼材的的屈服應(yīng)力力。3．高強螺栓栓應(yīng)力分析析下圖為最大大軸力作用用效應(yīng)組合合下鋼—混結(jié)合段內(nèi)內(nèi)高強螺栓栓的軸向應(yīng)應(yīng)力分布云云圖。由圖圖可見，高高強螺栓的的軸向應(yīng)力力都在在250MPa以下，小于于其屈服強強度。2.3.3最大彎矩荷荷載組合1．鋼-混結(jié)合段混混凝土塔座座應(yīng)力分析析最大彎矩作作用效應(yīng)組組合下，鋼鋼-混結(jié)合段混混凝土塔座座應(yīng)力分布布云圖如圖圖。從圖中中可以看出出，由于高高強螺栓預預緊力的作作用，混凝凝土塔座除除頂端受拉拉側(cè)外基本本處于受壓壓狀態(tài)，壓壓應(yīng)力除個個別點偏大大外基本分分布在為1Mpa左右。另外外，由于彎彎矩的存在在導致受拉拉側(cè)混凝土土塔座底部部產(chǎn)生了的的拉應(yīng)力，，與最大軸軸力作用效效應(yīng)組合下下的拉應(yīng)力力相比，拉拉應(yīng)力略有有增大，這這與實際加加載狀況相相吻合。2．結(jié)結(jié)合合段段鋼鋼箱箱應(yīng)應(yīng)力力分分析析最大大彎彎矩矩作作用用效效應(yīng)應(yīng)組組合合下下，，鋼鋼-混結(jié)結(jié)合合段段內(nèi)內(nèi)鋼鋼箱箱的的應(yīng)應(yīng)力力云云圖圖如如圖圖。。由由圖圖可可看看出出，，鋼鋼箱箱總總體體表表面面的的應(yīng)應(yīng)力力值值分分布布在在15Mpa左右右，，有有個個別別點點應(yīng)應(yīng)力力比比較較集集中中，，其其應(yīng)應(yīng)力力值值大大約約為為52.6Mpa，但但遠遠小小于于其其屈屈服服強強度度。。3．高高強強螺螺栓栓應(yīng)應(yīng)力力分分析析下圖圖為為最最大大彎彎矩矩作作用用效效應(yīng)應(yīng)組組合合下下鋼鋼—混結(jié)結(jié)合合段段內(nèi)內(nèi)高高強強螺螺栓栓的的軸軸向向應(yīng)應(yīng)力力分分布布云云圖圖。。由由圖圖可可見見，，比比最最大大彎彎矩矩組組合合條條件件下下應(yīng)應(yīng)力力偏偏大大，，但但高高強強螺螺栓栓的的軸軸向向應(yīng)應(yīng)力力都都在在250MPa以下下，，遠遠小小于于其其屈屈服服強強度度。。2.4本章章小小結(jié)結(jié)通過過最最大大內(nèi)內(nèi)力力效效應(yīng)應(yīng)組組合合分分析析，，結(jié)結(jié)合合面面基基本本處處于于受受壓壓狀狀態(tài)態(tài)，，而而且且混混凝凝土土局局部部承承壓壓應(yīng)應(yīng)力力滿滿足足規(guī)規(guī)范范要要求求，，通通過過理理論論分分析析表表明明鋼鋼-混凝凝土土結(jié)結(jié)合合段段滿滿足足最最大大承承載載能能力力極極限限狀狀態(tài)態(tài)設(shè)設(shè)計計要要求求。。另另外外，，模模型型結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的鋼鋼箱箱和和高高強強螺螺栓栓的的應(yīng)應(yīng)力力值值都都遠遠低低于于材材料料的的屈屈服服強強度度，，鋼鋼-混結(jié)結(jié)合合段段具具有有一一定定的的安安全全儲儲備備，，工工作作性性能能良良好好。。第三三章章鋼鋼—混凝凝土土塔塔座座預預應(yīng)應(yīng)力力結(jié)結(jié)合合段段模模型型試試驗驗原原理理3.1材料料本本構(gòu)構(gòu)關(guān)關(guān)系系及及屈屈服服準準則則3.1.1鋼的的本本構(gòu)構(gòu)關(guān)關(guān)系系及及屈屈服服準準則則對于于Q235鋼、、Q345鋼等等土土木木工工程程中中常常用用的的低低碳碳鋼鋼，，鋼鋼材材的的應(yīng)應(yīng)力力-應(yīng)變變（（σ-εε）關(guān)關(guān)系系曲曲線線一一般般可可分分為為彈彈性性階階段段（（oa）、、彈彈塑塑性性階階段段（（ab）、、塑塑性性階階段段（（bc）、、強強化化階階段段（（cd）和和二二次次塑塑流流（（de）等等五五個個階階段段。。鋼鋼材材實實際際應(yīng)應(yīng)力力-應(yīng)變變關(guān)關(guān)系系曲曲線線如如圖圖所所示示。。3.1.2混凝凝土土的的本本構(gòu)構(gòu)關(guān)關(guān)系系混凝凝土土作作為為土土木木工工程程中中應(yīng)應(yīng)用用最最廣廣泛泛的的建建筑筑材材料料之之一一，，其其本本質(zhì)質(zhì)的的特特點點是是材材料料組組成成的的不不均均勻勻性性，，且且存存在在天天生生的的微微裂裂縫縫，，由由此此決決定定了了其其特特征征工工作作機機理理是是：：微微裂裂縫縫發(fā)發(fā)展展、、運運行行、、從從而而構(gòu)構(gòu)成成較較大大的的宏宏觀觀裂裂縫縫，，繼繼之之宏宏觀觀裂裂縫縫又又發(fā)發(fā)展展，，最最終終導導致致結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)中中混混凝凝土土的的破破壞壞。。混混凝凝土土的的這這種種工工作作機機理理決決定定了了其其工工作作性性能能的的復復雜雜性性。。Hognestad建議議的的應(yīng)應(yīng)力力—應(yīng)變變關(guān)關(guān)系系式式是是目目前前國國內(nèi)內(nèi)外外采采用用最最為為廣廣泛泛的的曲曲線線（（如如圖圖）），，其其上上升升段段為為拋拋物物線線變變化化，，下下降降段段為為斜斜直直線線變變化化。。該該曲曲線線取取斜斜率率為為15%的斜斜直直線線來來考考慮慮混混凝凝土土的的下下降降段段，，表表達達簡簡潔潔，，又又抓抓住住了了主主要要特特征征，，因因而而得得到到廣廣泛泛應(yīng)應(yīng)用用。。3.1.3螺栓栓連連接接件件受受力力狀狀態(tài)態(tài)與與破破壞壞形形態(tài)態(tài)當小小量量值值的的作作用用力力作作用用于于螺螺栓栓構(gòu)構(gòu)件件時時，，其其抵抵抗抗外外力力的的能能力力主主要要靠靠兩兩層層鋼鋼板板之之間間的的摩摩擦擦力力來來承承擔擔。。當當外外荷荷載載大大于于抗抗摩摩擦擦極極限限值值后后，，兩兩層層鋼鋼板板之之間間將將產(chǎn)產(chǎn)生生相相對對滑滑移移，，螺螺桿桿因因與與孔孔壁壁作作用用開開始始受受到到剪剪力力作作用用，，孔孔壁壁受受到到壓壓力力作作用用。。當當螺螺栓栓連連接接構(gòu)構(gòu)件件處處于于彈彈性性工工作作階階段段時時，，螺螺栓栓受受到到的的力力值值存存在在差差異異，，一一般般中中間間受受力力較較小小，，兩兩邊邊受受力力較較大大。。隨隨著著外外荷荷載載的的增增加加，，構(gòu)構(gòu)件件進進入入塑塑性性工工作作階階段段，，螺螺栓栓之之間間的的力力值值基基本本相相等等，，一一直直到到破破壞壞。。而對對于于高高強強螺螺栓栓，，在在擰擰緊緊時時，，螺螺栓栓中中產(chǎn)產(chǎn)生生了了很很大大的的預預拉拉力力，，而而被被連連接接板板件件間間則則產(chǎn)產(chǎn)生生很很大大的的預預壓壓力力。。連連接接受受力力后后，，由由于于接接觸觸面面上上產(chǎn)產(chǎn)生生的的摩摩擦擦力力，，能能在在相相當當大大的的荷荷載載情情況況下下阻阻止止板板件件間間的的相相對對滑滑移移，，因因而而彈彈性性工工作作階階段段較較長長。。由此此可可見見，，首首先先高高強強螺螺栓栓所所用用材材料料本本身身強強度度高高，，再再之之對對高高強強螺螺栓栓施施加加了了預預緊緊力力以以后后，，螺螺栓栓構(gòu)構(gòu)件件兩兩層層鋼鋼板板之之間間將將產(chǎn)產(chǎn)生生很很大大的的壓壓力力，，從從而而大大大大提提高高了了其其摩摩擦擦力力。。對對于于短短頭頭的的高高強強螺螺栓栓連連接接構(gòu)構(gòu)件件，，其其螺螺栓栓群群受受力力比比較較均均勻勻，，基基本本在在達達到到極極限限強強度度后后同同時時破破壞壞：：對對于于較較長長螺螺桿桿的的連連接接構(gòu)構(gòu)件件，，螺螺栓栓之之間間受受力力差差異異很很大大，，最最邊邊緣緣的的高高強強羅羅栓栓首首先先達達到到極極限限強強度度破破壞壞，，接接著著內(nèi)內(nèi)力力重重新新分分布布，，中中間間的的螺螺栓栓受受力力增增大大直直至至強強度度極極限限而而破破壞壞，，最最終終整整個個高高強強螺螺栓栓連連接接構(gòu)構(gòu)件件破破壞壞。。3.2模型型試試驗驗原原理理3.2.1模型型試試驗驗的的概概述述模型型試試驗驗是是指指根根據(jù)據(jù)具具體體的的實實際際結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)或或構(gòu)構(gòu)件件，，按按一一定定的的相相似似關(guān)關(guān)系系縮縮小小為為結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)模模型型進進行行試試驗驗研研究究，，其其試試驗驗數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)可可根根據(jù)據(jù)相相似似關(guān)關(guān)系系直直接接換換算算為為原原型型結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)。。模模型型試試驗驗作作為為結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)性性能能分分析析的的手手段段，，在在近近代代工工程程結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)的的發(fā)發(fā)展展中中起起著著重重要要的的作作用用。。一、模型型試驗的的應(yīng)用1.代替大型型結(jié)構(gòu)試試驗或作作為大型型結(jié)構(gòu)試試驗的輔輔助試驗驗。2.作為結(jié)結(jié)構(gòu)分分析計計算的的輔助助手段段。3.驗證和和發(fā)展展結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)計計理論論。二、模模型試試驗的的優(yōu)點點和缺缺點1.優(yōu)點1）經(jīng)濟濟性好好。2）針對對性強強。3）數(shù)據(jù)據(jù)準確確。2．缺點點及不不足試驗用用模型型雖可可在許許多基基本假假設(shè)與與主要要因素素方面面模擬擬實物物，但但在一一些局局部的的細節(jié)節(jié)方面面卻很很難實實現(xiàn)，，例如如結(jié)構(gòu)構(gòu)的連連接接接頭，，焊縫縫的特特性，，某些些應(yīng)力力集中中因素素等，，很難難在模模型試試驗中中得到到反映映。3.2.2量綱分分析在討論論相似似定理理時，，我們們往往往假定定已知知結(jié)構(gòu)構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)各物物理量量之間間的基基本關(guān)關(guān)系。。而進進行結(jié)結(jié)構(gòu)模模型試試驗時時，并并不能能確切切地知知道關(guān)關(guān)于結(jié)結(jié)構(gòu)性性能的的某些些關(guān)系系，這這時，，借助助于量量綱分分析，，能夠夠?qū)Y(jié)結(jié)構(gòu)體體系的的基本本性能能做出出判斷斷。一、量量綱定定義：：量綱，，又稱稱因次次，他他說明明測量量物理理量時時所采采用的的單位位性質(zhì)質(zhì)。度度量單單位有有兩種種含義義：一一是表表示被被度量量的物物理量量的類類型，，另一一是表表示度度量單單位的的大小小。稱稱被度度量的的物理理量的的類型型為該該物理理量的的量綱綱。二、量量綱關(guān)關(guān)系在一物物理現(xiàn)現(xiàn)象中中，各各物理理量間間既有有區(qū)別別又有有聯(lián)系系，因因此，，它們們的量量綱之之間也也存在在一定定的關(guān)關(guān)系1.兩個物物理量量相等等，是是指不不僅數(shù)數(shù)值相相等，，而且且量綱綱也相相同。。2.兩個同同量綱綱參數(shù)數(shù)的比比值是是無量量綱參參數(shù)，，其數(shù)數(shù)值不不隨所所取單單位的的大小小而變變。3.在一物物理方方程中中，等等式兩兩邊各各項的的量綱綱必須須相同同。4.導出量量綱可可以和和基本本量綱綱組成成無量量綱的的組合合。3.2.3模型的的相似似理論論一、相相似似的概概念1.幾何相相似如果模模型上上所有有方向向的線線性尺尺寸，，均按按原型型相應(yīng)應(yīng)尺寸寸用同同一比比例常常數(shù)確確定則則此模模型與與原模模型幾幾何相相似。。2.荷載相相似如果模模型所所有位位置上上作用用的荷荷載與與原型型在對對應(yīng)位位置上上的荷荷載方方向一一致，，大小小成同同一比比例，，成為為荷載載相似似。3.時間相相似在動力力問題題中，，如果果模型型上的的速度度、加加速度度與原原型的的速度度和加加速度度在對對應(yīng)的的位置置和對對應(yīng)的的時刻刻保持持一定定的比比例，，并且且運動動的方方向一一致，，則稱稱為速速度和和加速速度相相似。。所謂謂時間間相似似則不不一定定是指指相同同的時時刻，，而是是只要要對應(yīng)應(yīng)的時時間間間隔保保持同同一比比例。。二、相相似原原理對于結(jié)結(jié)構(gòu)模模型試試驗，，其目目的就就是研研究結(jié)結(jié)構(gòu)物物的應(yīng)應(yīng)力和和變形形形態(tài)態(tài)。為為使模模型上上產(chǎn)生生的物物理現(xiàn)現(xiàn)象與與原型型相似似，模模型的的幾何何形狀狀、材材料特特性、、邊界界條件件和外外部荷荷載等等就必必須遵遵循一一定的的規(guī)律律，這這種規(guī)規(guī)律就就是相相似原原理。。3.3本章小小結(jié)本章通通過介介紹模模型試試驗的的相似似準則則、量量綱分分析以以及模模型設(shè)設(shè)計的的原則則，得得出本本實驗驗模型型的相相似準準則：：①應(yīng)應(yīng)變相相等,即模型型和實實橋保保持應(yīng)應(yīng)變相相等；；②應(yīng)應(yīng)力相相等,即模型型和實實橋保保持應(yīng)應(yīng)力相相等；；③應(yīng)應(yīng)變或或應(yīng)力力保持持一定定的比比例關(guān)關(guān)系,即介于于應(yīng)變變相等等和應(yīng)應(yīng)力相相等之之間。。根據(jù)據(jù)這3個條件件,可分別別導出出集中中荷載載、分分布荷荷載等等的相相似關(guān)關(guān)系。。如果果模型型和原原型所所用材材料相相同,即彈性性模量量相等等,則無論論應(yīng)力力相等等或應(yīng)應(yīng)變相相等,所導出出的荷荷載、、位移移等關(guān)關(guān)系都都是相相同的的。第四章章鋼鋼—混凝土土塔座座預應(yīng)應(yīng)力結(jié)結(jié)合段段模型型試驗驗4.1模型試試驗設(shè)設(shè)計房山五五渡橋橋采用用高強強螺栓栓連接接件、、前壓壓鋼板板填充充混凝凝土應(yīng)應(yīng)用在在大角角度鋼鋼架塔塔基結(jié)結(jié)合段段上，，這種種結(jié)構(gòu)構(gòu)在我我國尚尚屬首首次。?？紤]慮到房房山五五渡橋橋鋼架架塔和和混凝凝土塔塔基結(jié)結(jié)合段段設(shè)計計的實實際受受力特特性，，本實實驗的的目的的主要要是掌掌握鋼鋼—混結(jié)合合段高高強螺螺栓連連接件件的的的力學學行為為。為為了盡盡量真真實反反映實實橋情情況，，最終終選用用了大大比例例尺模模型，，并考考慮到到模型型的制制作難難度、、試驗驗加載載條件件及試試驗結(jié)結(jié)果的的準確確性等等方面面的綜綜合因因素，，最終終確定定以1：4的比例例進行行模型型試驗驗。4.2模型試試驗目目的1）驗證證設(shè)計計計算算結(jié)果果的可可靠性性2）驗證證設(shè)計計荷載載下鋼鋼架塔塔基鋼鋼—混結(jié)合合段的的安全全性及及合理理性3）研究究鋼—混結(jié)合合段的的應(yīng)力力分布布規(guī)律律4）高強強螺栓栓連接接件的的力學學性能能、應(yīng)應(yīng)力分分布及及破壞壞形式式4.3模型設(shè)設(shè)計及及制作作在模型型試驗驗中，，模型型設(shè)計計的原原則是是：對對模型型局部部進行行簡化化處理理應(yīng)忽忽略一一些次次要因因素，，且能能夠反反映實實際結(jié)結(jié)構(gòu)的的主要要力學學特征征,。根據(jù)據(jù)試驗驗場地地范圍圍，實實驗室室設(shè)備備狀況況，以以及實實體結(jié)結(jié)構(gòu)的的大小小來確確定試試件的的尺寸寸。試試驗模模型與與實際際結(jié)構(gòu)構(gòu)存在在著比比例大大小的的不同同，所所以其其內(nèi)力力分布布與實實際結(jié)結(jié)構(gòu)相相比就就存在在一定定的差差異，，但其其應(yīng)力力應(yīng)該該與實實際結(jié)結(jié)構(gòu)的的應(yīng)力力應(yīng)基基本一一致。。4.3.1模型比比例綜合考考慮到到實體體結(jié)構(gòu)構(gòu)的大大小、、場地地范圍圍和現(xiàn)現(xiàn)存設(shè)設(shè)備狀狀況，，本實實驗模模型擬擬采用用1:4的幾何何比例例進行行設(shè)計計，并并有公公式推推導出出模型型試件件結(jié)構(gòu)構(gòu)的剪剪力、、軸力力、彎彎矩等等的比比例系系數(shù)如如表所所示。。項目幾何模量慣性矩面積力彎矩應(yīng)力應(yīng)變相似常數(shù)λλEλIλAλFλMλσλε相似比4144424243114.3.2模型尺尺寸結(jié)合段段試驗驗中取取用的的試件件取實實際結(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)發(fā)揮作作用的的主要要部分分，試試件由由混凝凝土基基座、、高強強螺栓栓連接接件、、前壓壓鋼板板混凝凝土、、鋼板板四部部分構(gòu)構(gòu)成。。模型型材料料采用用與實實際結(jié)結(jié)構(gòu)相相同的的材料料，具具體構(gòu)構(gòu)造示示意圖圖如圖圖4.1所示。。4.3.3測點選選取及及布置置本模型型試驗驗研究究的主主要內(nèi)內(nèi)容為為高強強螺栓栓的力力學性性能及及鋼—混結(jié)合合段各各種材材料的的應(yīng)力力分布布規(guī)律律和傳傳力途途徑。。因此此在模模型具具有代代表性性的高高強螺螺栓、、塔座座混凝凝土表表面及及鋼箱箱表面面等部部位總總共布布置82個應(yīng)變變測點點，并并在鋼鋼架塔塔與拱拱座接接合面面的兩兩層鋼鋼板間間布設(shè)設(shè)1個位移移測點點。其其中混混凝土土澆注注之前前在高高強螺螺栓上上布置置36個測點，預預埋應(yīng)變片片；混凝土土澆筑后在在混凝土塔塔基表面布布置14個測點；鋼鋼箱表面布布設(shè)32個測點，均均為應(yīng)變片片。用于測測試各種加加載工況下下模型各構(gòu)構(gòu)件承擔的的荷載及其其應(yīng)力的分分布情況。。具體布置置形式如圖圖所示。4.3.4模型施加荷荷載設(shè)計1）試驗等效效荷載分析析根據(jù)模型實實驗原理，，本實驗采采用實驗模模型與實體體結(jié)構(gòu)應(yīng)力力等效的原原則計算試試驗加載荷荷載值。軸軸力通過試試驗構(gòu)件上上方的液壓壓千斤頂施施加，側(cè)向向力通過試試驗構(gòu)件側(cè)側(cè)面的機械械千斤頂施施加。在實際結(jié)構(gòu)構(gòu)承載能力力極限狀態(tài)態(tài)作用組合合中的基本本組合下，，選取最大大彎矩效應(yīng)應(yīng)組合（考考慮自重、、預應(yīng)力、、橋面鋪裝裝和整體降降溫），最最大軸力效效應(yīng)組合（（考慮自重重、預應(yīng)力力、橋面鋪鋪裝、車道道偏載和整整體降溫））兩種荷載載組合計算算試驗荷載載如表所示示。對象最大彎矩組合最大軸力組合彎矩(KN·M)軸力（KN）彎矩(KN·M)軸力（KN）實際結(jié)構(gòu)12489.348532.5511710.829076.06模型195.15533.28182.98567.25由上表確定定兩種試驗驗加載工況況分別為：：最大彎矩荷荷載組合：：軸向力N1=533.28KN，水平力Q1=229.59KN；最大軸力荷荷載組合：：軸向力N2=567.25KN，水平力Q2=215.27KN；由此確定試試驗加載的的最大值為為：軸向力力Nmax=567.25KN，水平力Qmax=229.59KN而考慮模型型鋼-—混結(jié)合面以以上結(jié)構(gòu)自自重作用，，最終試驗驗加載工況況為：最大彎矩荷荷載組合：：軸向力N1=516.4KN，水平力Q1=229.59KN；最大軸力荷荷載組合：：軸向力N2=550.4KN，水平力Q2=215.27KN；1.2倍的最大彎彎矩荷載組組合：軸向向力1.2N1=619.7KN，水平力1.2Q1=275.51KN；1.2倍的最大軸軸力荷載組組合：軸向向力1.2N2=660.5KN，水平力1.2Q2=258.32KN；2）試驗加載載方案最大軸力荷載組合加載最大彎矩荷載組合加載1.2倍最大軸力荷載組合加載1.2倍最大彎矩荷載組合加載破壞加載軸向力水平力軸向力水平力軸向力水平力軸向力水平力軸向力水平力000000000010050100601005010060100602008020090200802009020090300110300120300110300120200120400140400150400140400150200150450170450180450170450180200180500200500210500200500210200210550215516.4229.6550220550230200230600240600250200240660258620275200270200300200330200360試驗過程加加載分兩步步進行：第第一步是從從0加載到最大大軸力荷載載組合中第第一級加載載工況大小小，然后再再卸載到0，循環(huán)三次次進行，目目的是考察察試件在重重復使用荷荷載作用下下的變形行行為，包括括高強螺栓栓、鋼板、、混凝土的的協(xié)調(diào)變形形性能以及及試件的彈彈性恢復性性能，以消消除非線性性的影響，，并檢查各各儀器工作作是否正常常。第二步步是按照試試驗分級加加載噸位表表（如表3.4-6）進行分級級加載，每每級荷載穩(wěn)穩(wěn)壓15分鐘以便讀讀數(shù)，用肉肉眼在塔座座混凝土表表面尋找和和觀察裂縫縫，若出現(xiàn)現(xiàn)裂縫則使使用讀數(shù)顯顯微鏡測度度裂縫寬度度，并記錄錄裂縫出現(xiàn)現(xiàn)和發(fā)展情情況。觀測測完畢后，，讀數(shù)測試試三次，查查看測試數(shù)數(shù)據(jù)無明顯顯變化后再再進行下一一加載工況況。4.3.5加載實施方方案1）試驗加載載裝置模型試驗在在長安大學學橋梁結(jié)構(gòu)構(gòu)工程實驗驗室完成。。水平加載載設(shè)備和豎豎向加載設(shè)設(shè)備采用50t機械千斤頂頂和100t液壓千斤頂頂，試驗前前通過加載載標定千斤斤頂加載大大小以保證證其加載精精度。2）加載及實實驗圖示4.3.6模型細部要要求1）鋼混結(jié)合合面兩層鋼鋼板經(jīng)過噴噴砂處理。。2）澆注拱座座混凝土時時，應(yīng)注意意預埋螺栓栓及定位承承壓鋼筋網(wǎng)網(wǎng)，螺栓應(yīng)應(yīng)嚴格定位位。3）所有頂?shù)椎赘拱彘g焊焊縫為單面面坡口焊縫縫，雙面成成型，并應(yīng)應(yīng)進行打磨磨。4.4模型試驗結(jié)結(jié)果分析模型試驗的的所測得的的應(yīng)變數(shù)據(jù)據(jù)全部由數(shù)數(shù)據(jù)采集儀儀直接讀取取，并且我我們對模型型試件不同同位置應(yīng)變變片的局部部坐標作出出以下規(guī)定定，以方便便繪圖。1．對于混凝凝土塔座處處應(yīng)變片，，取塔座混混凝土頂端端為1點，垂直下下方為依次次個測點；；2．對于鋼箱箱上應(yīng)變片片，取鋼箱箱頂端為1點，垂直下下方為依次次個測點；；3．對于高強強螺栓處應(yīng)應(yīng)變片，取取鋼混結(jié)合合面處為X坐標原點，，向兩端為為正方向；；4.4.1最大軸力荷荷載組合作作用結(jié)果本階段試驗驗共進行了了最大軸力力荷載組合合和1.2倍最大軸力力荷載組合合兩種荷載載組合的加加載過程。。實驗過程程中，鋼-混凝土結(jié)合合段模型試試件在各級級荷載的作作用下表現(xiàn)現(xiàn)平穩(wěn)，無無任何異常?，F(xiàn)象產(chǎn)生生。通過對對試驗所測測得的數(shù)據(jù)據(jù)比較分析析，模型試試件的高強強螺栓、鋼鋼箱、混凝凝土等材料料的應(yīng)變值值都隨著荷荷載等級的的增加大致致呈線性增增加，變化化協(xié)調(diào)平穩(wěn)穩(wěn)。通過肉肉眼觀察，，試件各種種材料的無無裂縫產(chǎn)生生，并且在在卸載后基基本不存在在殘余應(yīng)變變。實驗結(jié)結(jié)果表明：：鋼-混凝土結(jié)合合段模型試試件始終處處于彈性工工作階段，，儲備安全全，工作性性能良好。。①鋼—混凝土結(jié)合合段混凝土土結(jié)構(gòu)應(yīng)變變分析下圖為最大大軸力荷載載組合下鋼鋼-混凝土結(jié)合合段模型試試件混凝土土應(yīng)變變化化趨勢圖。。其中點號號為混凝土土上不同的的測點，測測點的具體體位置參照照前面的設(shè)設(shè)計圖示；；分級數(shù)參參照前面的的加載噸位位表。從圖圖中可以看看出，混凝凝土各測點點基本上都都處于受壓壓的狀態(tài)，，應(yīng)變值都都隨著加載載等級的增增加而增加加，并大致致呈線性變變化。在各各級荷載的的作用下，，混凝土最最大壓應(yīng)變變?yōu)?5×10-6左右，其值值遠小于混混凝土的極極限抗壓應(yīng)應(yīng)變值，說說明模型試試件混凝土土塔座工作作狀態(tài)始終終處于彈性性階段。②鋼—混凝土結(jié)合合段鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)變分析析下兩圖分別別為最大軸軸力荷載組組合下鋼-混凝土結(jié)合合段模型試試件鋼箱應(yīng)應(yīng)變變化趨趨勢圖。其其中點號為為鋼箱上不不同的測點點，測點的的具體位置置參照前面面的設(shè)計圖圖示；分級級數(shù)參照前前面的加載載噸位表。。從圖中可可以看出，，鋼箱上各各測點基本本上都處于于受壓的狀狀態(tài)，應(yīng)變變值都隨著著加載等級級的增加而而增加，并并大致呈線線性變化，，在距結(jié)合合面100mm和600mm段的鋼箱表表面測點6的變化趨勢勢最明顯，，應(yīng)視為鋼鋼箱受力的的最不利位位置。在各各級荷載的的作用下，，混凝土最最大壓應(yīng)變變?yōu)?63×10-6左右，其值值遠小于鋼鋼箱的極限限抗壓應(yīng)變變值，說明明模型試件件鋼箱工作作狀態(tài)始終終處于彈性性階段，儲儲備安全。。②鋼—混凝土結(jié)合合段高強螺螺栓應(yīng)變分分析下圖分別為為最大軸力力荷載組合合下鋼-混凝土結(jié)合合段模型試試件高強螺螺栓應(yīng)變變變化趨勢圖圖。其中測測點的具體體位置參照照前面的坐坐標設(shè)計圖圖示；分級級數(shù)參照前前面的加載載噸位表。。從圖中可可以看出，，高強螺栓栓上各測點點都處于受受拉的狀態(tài)態(tài)，應(yīng)變值值都隨著加加載等級的的增加而增增加，并大大致呈線性性變化，螺螺栓的最大大應(yīng)力位于于鋼-混結(jié)合面處處。由模型試件件各種材料料試驗結(jié)果果可知，鋼鋼-混凝土結(jié)合合段模型試試件在最大大軸力荷載載組合、1.2倍最大軸力力荷載組合合的各級加加載荷載作作用下，變變化趨勢一一致，無裂裂縫現(xiàn)象產(chǎn)產(chǎn)生，結(jié)合合面處無滑滑移、開裂裂及剝落現(xiàn)現(xiàn)象產(chǎn)生，，結(jié)構(gòu)整體體處于彈性性工作階段段，受力平平穩(wěn)，儲備備安全，滿滿足設(shè)計要要求。4.4.2最大彎矩荷荷載組合作作用結(jié)果本階段試驗驗共進行了了最大彎矩矩荷載組合合和1.2倍最大彎矩矩荷載組合合兩種荷載載組合的加加載過程。。實驗過程程中，鋼-混凝土結(jié)合合段模型試試件在各級級荷載的作作用下表現(xiàn)現(xiàn)平穩(wěn)，無無任何異常?，F(xiàn)象產(chǎn)生生。通過對對試驗所測測得的數(shù)據(jù)據(jù)比較分析析，模型試試件的高強強螺栓、鋼鋼箱、混凝凝土等材料料的應(yīng)變值值都隨著荷荷載等級的的增加大致致呈線性增增加，變化化協(xié)調(diào)平穩(wěn)穩(wěn)。通過肉肉眼觀察，，試件各種種材料的無無裂縫產(chǎn)生生，并且在在卸載后基基本不存在在殘余應(yīng)變變。實驗結(jié)結(jié)果表明：：鋼-混凝土結(jié)合合段模型試試件始終處處于彈性工工作階段，，儲備安全全，工作性性能良好。。①鋼—混凝凝土土結(jié)結(jié)合合段段混混凝凝土土結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)應(yīng)變變分分析析下圖圖為為最最大大彎彎矩矩荷荷載載組組合合下下鋼鋼-混凝凝土土結(jié)結(jié)合合段段模模型型試試件件混混凝凝土土應(yīng)應(yīng)變變變變化化趨趨勢勢圖圖。。其其中中點點號號為為混混凝凝土土上上不不同同的的測測點點，，測測點點的的具具體體位位置置參參照照前前面面的的設(shè)設(shè)計計圖圖示示；；分分級級數(shù)數(shù)參參照照前前面面的的加加載載噸噸位位表表。。從從圖圖中中可可以以看看出出，，混混凝凝土土各各測測點點除除結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)上上緣緣外外基基本本上上都都處處于于受受壓壓的的狀狀態(tài)態(tài)，，應(yīng)應(yīng)變變值值都都隨隨著著加加載載等等級級的的增增加加而而增增加加，，并并大大致致呈呈線線性性變變化化。。在在各各級級荷荷載載的的作作用用下下，，混混凝凝土土下下緣緣最最大大壓壓應(yīng)應(yīng)變變?yōu)闉?2××10-6左右右，，上上緣緣最最大大拉拉應(yīng)應(yīng)變變?yōu)闉?0××10-6左右右，，，，其其值值遠遠小小于于混混凝凝土土的的極極限限應(yīng)應(yīng)變變值值，，說說明明模模型型試試件件混混凝凝土土塔塔座座工工作作狀狀態(tài)態(tài)始始終終處處于于彈彈性性階階段段。。②鋼—混凝凝土土結(jié)結(jié)合合段段鋼鋼結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)應(yīng)應(yīng)變變分分析析下圖圖分分別別為為最最大大彎彎矩矩荷荷載載組組合合下下鋼鋼-混凝凝土土結(jié)結(jié)合合段段模模型型試試件件鋼鋼箱箱應(yīng)應(yīng)變變變變化化趨趨勢勢圖圖。。其其中中點點號號為為鋼鋼箱箱上上不不同同的的測測點點，，測測點點的的具具體體位位置置參參照照前前面面的的設(shè)設(shè)計計圖圖示示；；分分級級數(shù)數(shù)參參照照前前面面的的加加載載噸噸位位表表。。從從圖圖中中可可以以看看出出，，鋼鋼箱箱上上各各測測點點基基本本上上都都處處于于受受壓壓的的狀狀態(tài)態(tài)，，應(yīng)應(yīng)變變值值都都隨隨著著加加載載等等級級的的增增加加而而增增加加，，并并大大致致呈呈線線性性變變化化，，在在距距結(jié)結(jié)合合面面100mm和600mm段的的鋼鋼箱箱表表面面測測點點6的變變化化趨趨勢勢最最明明顯顯，，應(yīng)應(yīng)視視為為鋼鋼箱箱受受力力的的最最不不利利位位置置。。在在各各級級荷荷載載的的作作用用下下，，混混凝凝土土最最大大壓壓應(yīng)應(yīng)變變?yōu)闉?59××10-6左右右，，其其值值遠遠小小于于鋼鋼箱箱的的極極限限抗抗壓壓應(yīng)應(yīng)變變值值，，說說明明模模型型試試件件鋼鋼箱箱工工作作狀狀態(tài)態(tài)始始終終處處于于彈彈性性階階段段，，儲儲備備安安全全。。③鋼—混凝凝土土結(jié)結(jié)合合段段高高強強螺螺栓栓應(yīng)應(yīng)變變分分析析下圖圖分分別別為為最最大大彎彎矩矩荷荷載載組組合合下下鋼鋼-混凝凝土土結(jié)結(jié)合合段段模模型型試試件件高高強強螺螺栓栓應(yīng)應(yīng)變變變變化化趨趨勢勢圖圖。。其其中中測測點點的的具具體體位位置置參參照照前前面面的的坐坐標標設(shè)設(shè)計計圖圖示示；；分分級級數(shù)數(shù)參參照照前前面面的的加加載載噸噸位位表表。。從從圖圖中中可可以以看看出出，，高高強強螺螺栓栓上上各各測測點點都都處處于于受受拉拉的的狀狀態(tài)態(tài)，，應(yīng)應(yīng)變變值值都都隨隨著著加加載載等等級級的的增增加加而而增增加加，，并并大大致致呈呈線線性性變變化化，，螺螺栓栓的的最最大大應(yīng)應(yīng)力力位位于于鋼鋼-混結(jié)結(jié)合合面面處處。。由模模型型試試件件各各種種材材料料試試驗驗結(jié)結(jié)果果可可知知，，鋼鋼-混凝凝土土結(jié)結(jié)合合段段模模型型試試件件在在最最大大彎彎矩矩荷荷載載組組合合、、1.2倍最最大大彎彎矩矩荷荷載載組組合合的的各各級級加加載載荷荷載載作作用用下下，，變變化化趨趨勢勢一一致致，，無無裂裂縫縫現(xiàn)現(xiàn)象象產(chǎn)產(chǎn)生生，，結(jié)結(jié)合合面面處處無無滑滑移移、、開開裂裂及及剝剝落落現(xiàn)現(xiàn)象象產(chǎn)產(chǎn)生生，，結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)整整體體處處于于彈彈性性工工作作階階段段，，受受力力平平穩(wěn)穩(wěn)，，儲儲備備安安全全，，滿滿足足設(shè)設(shè)計計要要求求。。4.5試驗驗結(jié)結(jié)果果與與有有限限元元計計算算結(jié)結(jié)果果比比較較分分析析4.5.1最大大軸軸力力荷荷載載組組合合作作用用下表表分分別別為為模模型型試試件件的的混混凝凝土土、、鋼鋼箱箱、、高高強強螺螺栓栓等等材材料料的的測測點點計計算算值值與與試試驗驗值值比比對對值值分分析析。。其其中中加加載載工工況況選選擇擇的的是是最最大大軸軸力力組組合合下下的的最最高高一一級級荷荷載載值值，，對對于于已已損損壞壞的的應(yīng)應(yīng)變變片片我我們們用用空空格格代代替替，，我我們們規(guī)規(guī)定定拉拉應(yīng)應(yīng)力力為為正正值值，，壓壓應(yīng)應(yīng)力力為為負負值值。。①混凝土塔座座表面應(yīng)力測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）0175325475625775950計算值（MPa）1.350.400.21-0.49-0.84-1.10-3.02試驗值（MPa）0.280.20-0.13-0.93-1.11-1.56-2.44①鋼箱表面應(yīng)應(yīng)力測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）063275425575787850計算值（MPa）6.766.32-7.03-12.77-18.73-26.60-25.11試驗值（MPa）1.03-3.81-10.82-23.18-10.20-74.68-7.62測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）063275425575787850計算值（MPa）-0.41-4.17-7.90-11.19-12.55-13.28-12.98試驗值（MPa）-1.75-4.33-11.85-13.39-10.82-23.56-4.12①高強螺栓表表面應(yīng)力X=處測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）0100200300400計算值（MPa）267.91266,24261.88249.99215.70試驗值（MPa）/334.30319.08304.26298.28X=處測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）0100200300400計算值（MPa）263.44261.54257245.13211.40試驗值（MPa）331.66/331.66310.38284.88X=處測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）0100200300400計算值（MPa）255.2252.80247.77235.77203.01試驗值（MPa）/327.75/308.18277.98X=處測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）0100200300400計算值（MPa）251.30248.45243230.85198.55試驗值（MPa）310.28297.38273.18307.15278.78由上面各表所所列各測點應(yīng)應(yīng)力數(shù)據(jù)可見見：A.從表可以看出出，在最大軸軸力荷載組合合的最大一級級荷載工況作作用下，混凝凝土結(jié)構(gòu)、鋼鋼箱以及螺栓栓各測點的試試驗值與有限限元計算值變變化規(guī)律一致致，其數(shù)值也也比較相近。。B.在距結(jié)合面100mm和600mm段的鋼箱表面面測點6的變化趨勢最最明顯，應(yīng)視視為鋼箱受力力的最不利位位置。C.通過比較混凝凝土與鋼箱的的應(yīng)變值說明明，鋼-混結(jié)合段模型型試件應(yīng)力在在由鋼箱高應(yīng)應(yīng)變值向混凝凝土塔座的低低應(yīng)變值傳遞遞過程中變化化平穩(wěn)，這與與結(jié)構(gòu)承壓板板的應(yīng)力擴散散作用是分不不開的。。4.5.2最大彎矩荷載載組合作用下表分別為模模型試件的混混凝土、鋼箱箱、高強螺栓栓等材料的測測點計算值與與試驗值比對對值分析。其其中加載工況況選擇的是最最大彎矩荷載載組合下的最最高一級荷載載值，對于已已損壞的應(yīng)變變片我們用空空格代替，我我們規(guī)定拉應(yīng)應(yīng)力為正值，，壓應(yīng)力為負負值。①混凝凝土塔塔座表表面應(yīng)應(yīng)力測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）0175325475625775950計算值（MPa）1.530.470.24-0.48-0.84-1.12-3.11試驗值（MPa）0.65-0.190.08-0.72-1.3-1.15-2.02①鋼箱箱表面面應(yīng)力力測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）063275425575787850計算值（MPa）8.317.85-6.73-12.66-18.86-27.10-25.66試驗值（MPa）1.541.85-7.11-20.19-14.63-73.85-4.64測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）063275425575787850計算值（MPa）0.95-3.73-7.62-11.07-12.44-13.17-12.83試驗值（MPa）3.71-0.52-5.97-7.73-6.59-18.54-0.62①高強強螺栓栓表面面應(yīng)力力X=處測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）0100200300400計算值（MPa）268.98267.34263.03251.15216.73試驗值（MPa）/341.55325.27305.29302.61X=處測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）0100200300400計算值（MPa）264.22262.35257.83245.96212.13試驗值（MPa）338.05/319.3318.68290.66X=處測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）0100200300400計算值（MPa）255.45253.03247.99235.98203.19試驗值（MPa）/319.92/295.20288.61X=處測點位置（沿Y方向離頂板的距離mm）0100200300400計算值（MPa）251.26248.39242.91230.74198.44試驗值（MPa）322.39306.73279.34269.24288.19由上面面各表表所列列各測測點應(yīng)應(yīng)力數(shù)數(shù)據(jù)可可見：：1、從表表可以以看出出，在在最大大彎矩矩荷載載組合合的最最大一一級荷荷載工工況作作用下下，混混凝土土結(jié)構(gòu)構(gòu)、鋼鋼箱以以各個個測點點的試試驗值值與有有限元元計算算值大大小相相比規(guī)規(guī)律比比較接接近。。2、在距距結(jié)合合面100mm和600mm段的鋼鋼箱表表面測測點6的變化化趨勢勢最明明顯，，應(yīng)視視為鋼鋼箱受受力的的最不不利位位置。。3、通過過比較較混凝凝土與與鋼箱箱的應(yīng)應(yīng)變值值說明明，鋼鋼-混結(jié)合合段模模型試試件應(yīng)應(yīng)力在在由鋼鋼箱高高應(yīng)變變值向向混凝凝土塔塔座的的低應(yīng)應(yīng)變值值傳遞遞過程程中變變化平平穩(wěn)，，這與與結(jié)構(gòu)構(gòu)承壓壓板的的應(yīng)力力擴散散作用用是分分不開開的。。4.6破壞加加載研研究本加載載過程程是按按破壞壞加載載工況況分級級加載載。當當加載載進行行到（（200,330）級后后一級級段時時，聽聽到響響聲，，靠近近加載載面一一側(cè)高高強螺螺栓失失效，，鋼箱箱傾斜斜，千千斤頂頂傳感感器滑滑出，，兩層層鋼板板間產(chǎn)產(chǎn)生大大約10mm的裂縫縫如圖圖：4.6.1高強螺螺栓握握裹力力估算算混凝土土與鋼鋼筋之之間的的握裹裹力跟跟混凝凝土強強度等等級、、鋼筋筋表面面形狀狀、錨錨固長長度及及鋼筋筋直徑徑有關(guān)關(guān)：N≥ππdlττ=ft/4al=鋼筋錨錨固長長度；；d=鋼筋直直徑；；ft=混凝土土抗拉拉長度度；a=鋼筋外外形系系數(shù)；；光面面鋼筋筋a=0.16；計算得得：N≥33.6KN通過（（200,330）級加加載螺螺栓受受力測測定得得，螺螺栓所所受拉拉力大大約為為68.4KN,而此時時應(yīng)變變遠小小于高高強螺螺栓的的屈服服應(yīng)變變，因因此我我們斷斷定高高強螺螺栓是是從混混凝土土塔座座中“拔出”破壞。。4.6.2破壞階階段受受力分分析本階