第 1 章 绪论
1.1 引言
钢-混凝土混合梁桥结构由于充分发挥了钢材和混凝土这两种工程中最常使用的材料各自的优势，自问世以来被广泛的应用于大跨度、超大跨度桥梁，并取得了较好的经济和社会效益。混合梁桥主跨采用钢梁，边跨采用预应力混凝土梁，既降低了自重在总的荷载中的比重，增大了桥梁跨越能力，又提高了全桥刚度，充分发挥了钢材强度高、韧性好，混凝土刚度大、抗压强度大的优点[1]。在混合结构梁桥中，钢梁和混凝土梁通过结合部组成一个整体共同承担外荷载作用[2]。而组合-混凝土混合连续梁桥作为一个较新的桥梁结构体系，同时受到弯矩、剪力和轴力的作用，其结合部受力机理更为复杂，因此抗剪连接件作为保证钢梁和混凝土梁共同作用的关键构件[3]，需要我们对其进一步的研究。
.........
1.2 混合梁桥结构
钢-混凝土混合连续梁桥是指钢梁和混凝土梁在桥纵向适当位置利用结合部构造连接成整体的复合结构体系[4]。整个钢-混凝土混合连续梁桥由钢梁段、混凝土梁段以及两段之间的接头构成，其边跨采用混凝土梁结构，主跨采用钢梁结构，其各梁段纵向布置见图 1-1。组合-混凝土混合连续梁桥是指组合梁和预应力混凝土梁在桥梁纵向的合适位置通过接头连接成一个受力整体的新型结构形式[5]。整个组合-混凝土混合连续梁桥由组合梁段、混凝土梁段以及两段之间的接头构成，其边跨采用混凝土梁结构，主跨采用组合梁结构，其各梁段纵向布置见图 1-2。随着桥梁跨径的增加，钢材和混凝土的单一使用很难同时满足结构的可靠性和经济性[6]。钢-混凝土混合结构的出现打破了这种困境，其不仅拥有钢结构自重轻、截面尺寸小、施工进度快、抗震性能好的特点，而且同时具备了钢筋混凝土结构耐火性好、成本低、结构整体刚度大的优点[7]。与钢桥相比，由于边跨采用预应力混凝土主梁，其对自重较轻的钢结构主梁的锚固以及压重作用，有利于减小钢主梁内力，并能有效降低或避免边跨支座处可能产生的负反力，使得混合梁桥的跨越能力大大增加，而且有利于增加桥下通航空间；与混凝土桥相比，钢主梁的使用降低了结构自重，大大增加了混合梁桥的跨越能力，与此同时减小了边中跨比例以及下部结构的尺寸和自重；主跨采用自重相对较轻的钢梁，在施工时可以采用对钢主梁进行整体吊装的方法，这样既能有效避开交通高峰期，又有利于缩短施工周期；另外，混合梁边跨刚性支承点的设置，可以减小主跨弯矩变幅，有效降低了钢主梁的疲劳特性。
..........
第 2 章 剪力连接件抗剪承载力基本理论
2.1 剪力连接件的力学性能与破坏形态
由于焊钉连接件和 PBL 剪力连接件是混合结构最常使用的 2 种连接件，本小节主要分析它们的力学性能和破坏形态。焊钉是目前应用最广泛、综合性能最好的连接件，主要用来传递钢和混凝土之间的剪切力，以约束两者之间的相对滑移，除此之外还能起到抗掀起作用，即防止钢和混凝土之间的竖向分离作用。通常，对于焊钉连接件，主要考虑的是其抗剪切能力，当焊钉承受较大的剪力时，承压面上的压应力将发生重分布，从而应力更多的向焊钉根部汇聚，使得其根部的应力集中现象更加明显，焊钉连接件受力机理和破坏形态见图 2-1。根据焊钉屈服强度和混凝土强度之间的相对关系，国内外学者进行了大量关于焊钉连接件抗剪性能的试验研究，试验结果表明焊钉连接件主要有以下两种破坏形态：（1）混凝土承受较大的压应力而破坏。这种情况一般发生在所采用混凝土标号较低的情况下，属于延性破坏，破坏的一般表现形式为：受压位置处和焊钉接触的混凝土被压碎或者发生劈裂破坏，其极限抗剪承载力取决于混凝土强度等级和焊钉直径大小，即：在一定范围内，混凝土强度越高、焊钉直径越大，极限抗剪承载力也就越大。(2）焊钉根部受剪破坏。这种情况一般发生在所采用混凝土标号较高的情况下，一定程度上属于脆性破坏，破坏的一般表现形式为：焊钉在弯矩、剪力以及竖向拉力的共同作用下发生断裂，其极限抗剪承载力取决于焊钉材料强度和焊钉直径，即：在一定范围内，焊钉材料强度越高、直径越大，极限抗剪承载力也就越大。
.........
2.2 剪力连接件抗剪承载力计算公式
剪连接的设计往往决定了其承载能力的大小，20 世纪 50 年代以来，国内外学者做了大量关于焊钉连接件的推出试验以及有限元仿真分析，并且基于研究成果，综合各种影响因素，提出了许多抗剪承载力计算公式：本章主要介绍了焊钉和 PBL 剪力连接件在剪切作用下的受力性能和破坏形态，以及国内外学者基于试验和仿真分析提出的各种抗剪承载力计算公式，由公式可以看出，每位学者考虑的抗剪承载力影响因素差异较大，国内外缺乏统一的计算方法，最后介绍了 2 种连接件相应的构造要求。
.........
第 3 章 组合-混凝土结合部有限元模型....25
3.1 通用有限元软件 ANSYS 简介.....25
3.2 结合部有限元模型的建立............25
3.3 本章小结....33
第 4 章 三种连接件受力分析............34
4.1 结果提取位置说明......34
4.2 混凝土应力分布..........37
4.3 受弯分析....38
4.3.1 底板三种连接件受弯结果分析...........38
4.4 受剪分析....42
4.4.1 腹板三种连接件受剪结果分析...........43
4.5 腹板复合剪力连接件剪力分配比例分析......48
4.6 本章小结....50
第 5 章 结论和展望..........51
5.1 结论............51
5.2 展望............52
第 4 章 三种连接件受力分析
4.1 结果提取位置说明
本文中三种连接件结合部模型均采用有格室后承压板类型，钢格室设计如图4-1 所示，由于结构对称性，只提取桥梁中线左侧半边抗剪连接件分析结果。其中 Z 轴正向为结合部向混凝土梁过渡方向，X 为横桥向，Y 轴为桥梁高度方向。图 4-2 给出了下底板、腹板 A 和腹板 C焊钉布置方式，其中下底板焊钉根据和桥梁中线的距离，沿桥纵向为一排，由远及近分为 1~4 号；腹板 A 和腹板 C 焊钉根据和承压板的距离，沿桥高度方向为一排，由远及近同样分为 1~4 号，腹板 B 焊钉布置方式和腹板 A 一致，上底板焊钉布置方式和下底板一致。提取腹板 A、腹板 B、腹板 C 上焊钉的剪力值用于受剪分析，提取上底板以及下底板焊钉连接件剪力值用于受弯分析。腹板 PBL 剪力连接件根据和承压板的距离，由远及近分为 1~4 号，底板 PBL 剪力连接件根据和桥梁中线的距离同样分为 1~4 号，提取腹板 A、腹板 B、腹板 C 上各排 PBL 剪力连接件与钢梁板交线节点应力 SY 用于受剪分析，提取底板上 PBL 剪力连接件与钢梁板交线节点应力值 SZ 用于受弯分析。
.......
结论
本文介绍了混合结构梁桥的发展以及国内外研究成果，阐述了剪力连接件的类型以及 PBL 剪力连接件和焊钉连接件的国内外研究概况，并对焊钉和 PBL 剪力连接件这两种混合结构梁桥最常使用的抗剪连接件的力学性能、破坏形态、承载力计算公式、抗剪承载力影响因素等做了分析，最后利用有限元分析软件ANSYS 对采用 3 种连接件的结合部局部模型进行了分析，现得出以下结论：
1.国内外学者基于试验和有限元分析提出了考虑各种因素的抗剪连接件计算公式，各国也都有制定了相应的规范，但在世界范围内还没有统一的计算方法。焊钉抗剪承载能力的影响因素主要有：焊钉长度、焊钉截面积、混凝土强度、混凝土弹性模量、焊钉弹性模量以及焊钉所使用钢材的屈服强度等；PBL 剪力连接件抗剪承载能力的影响因素主要有：混凝土强度、圆孔直径、圆孔内有无贯通钢筋以及开孔板厚度等。
2.基于焊钉连接件和 PBL 剪力连接件抗剪承载力计算公式，在原来结合部采用 PBL 剪力连接件的基础上设计了焊钉连接件和复合连接件，分析结果表明，这两种新的连接件受力均没有超过其极限承载力，可以在设计荷载下安全的发挥其性能。
3.在三种连接件形式下，除与承压板相接触的混凝土面出现小部分的应力集中，其他部分混凝土均处于受压状态，三种连接件中，采用焊钉连接件和复合剪力连接件结合部填充混凝土中应力过渡平缓，受力最好。
4.在受弯分析中可以看出，PBL 剪力连接件和焊钉连接件受力方式不同，焊钉连接件剪力值离承压板越远越大，而 PBL 剪力连接件在其中间位置处剪应力值最大，采用复合剪力连接件形式下其底板PBL剪力连接件受力基本和传统PBL剪力连接件一致，但其应力值更小；沿桥横向，焊钉连接件剪力分布较均匀，复合剪力连接件应力分布很不均匀。
..........
参考文献（略）