国内外已建成和正在建设的大跨度混合梁斜拉桥数量很多,但每个斜拉桥的主梁钢混结合段的设计和构造细节都各不相同,国内外规范对大跨度混合梁斜拉桥主梁钢混结合段的设计均未给出详尽的说明,设计依据不明确。在钢-混凝土组合结构中,剪力连接件对钢和混凝土这两种性能差别较大的材料的协同工作具有重要作用。目前国内外对剪力钉的承载能力和抗剪刚度做了大量的研究,但研究工作主要是针对设置单枚或多枚剪力钉的试件的推出试验进行的,对剪力钉在主梁钢混结合段中的受力性能的研究较少。因此,分析主梁钢混结合段中剪力钉、钢板、混凝土三者之间的相互工作方式,研究混合梁斜拉桥主梁钢混结合段的计算方法具有重要意义。本文在国内外进行的大跨度混合梁斜拉桥主梁钢混结合段试验和剪力钉承载能力及抗剪刚度试验的研究成果的基础上,进行了两种构造形式的主梁钢混结合段缩尺模型试验和理论研究。将有限元分析结果和模型测试结果进行了对比,分析表明有限元计算结果和模型试验结果吻合得较好,合理的有限元分析可以准确的反映试验模型的受力状态,根据模型试验结果和有限元计算结果评判了实桥钢混结合段设计的合理性。研究内容和取得的成果如下：1.对组合结构常用的剪力钉设计和制作了单枚剪力钉型钢混凝土试件,并进行了推出试验。通过推出试验,研究分析了推出试件中单枚剪力钉的受力特性、荷载-滑移规律和破坏机理,计算分析了单枚剪力钉的抗剪承载力及剪切刚度。在对组合结构中钢-混凝土界面的模拟方法进行了研究后,建立了有限元分析模型,研究了剪力钉、钢板、混凝土三者的相互作用机理。根据推出试验结果和有限元计算结果的对比分析,表明合理的有限元计算可以准确的计算出单枚剪力钉的极限承载力和荷载-滑移曲线,弥补了以往剪力钉承载能力和剪切刚度只能通过推出试验得出的不足。2.对南昌英雄大桥和武汉二七长江大桥主梁钢混结合段分别进行了大比例的缩尺模型设计和制作,并进行了试验。在模型试验中,对两座桥的钢混结合段试验模型分别进行了正常使用荷载、设计极限荷载和超载三种工况的试验,研究了在不同工况荷载作用下两座桥梁钢混结合段的应力分布情况和结合段的承载能力,分析了具有不同构造形式的两座桥梁主梁钢混结合段的受力与变形性能。3.在对钢混结合段钢-混凝土界面的有限元模拟方法进行了研究后,对上述具有不同构造形式的两座桥梁主梁钢混结合段试验模型进行了有限元分析,并将模型实验值和有限元计算值进行了对比,分析表明有限元计算结果和模型试验结果吻合得较好,合理的有限元分析可以准确的反映试验试件的受力状态。4.根据上述剪力钉推出试验和主梁钢混结合段的模型试验及有限元分析得出的结论,在不影响不同构造形式的钢混结合段的受力特性的基础上,在本文的有限元分析中,分别对两座桥梁的钢混结合段进行了简化,对简化后的分析模型进行了非线性仿真计算,研究了钢板和混凝土不同结合程度对钢混结合段中剪力钉群的受力特性的影响,分析了钢混结合段简化模型受力机理。5.结合剪力钉推出试验和主梁钢混结合段的模型试验及有限元分析得出的结论,研究了钢-混凝土界面的滑移量对钢混结合段抗弯、抗压性能的影响,提出了在钢-混凝土界面存在滑移量的情况下,钢混结合段分别受轴力和弯矩作用时钢板和混凝土应变计算公式。
