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拱桥钢箱-混凝土组合受弯构件试验研究
摘要
本研究旨在探究拱桥钢箱-混凝土组合受弯构件的力学性能。通过设计和制作拱桥钢箱-混凝土组合受弯构件，采用四点弯曲试验，研究其承载力、变形性能和破坏机理。结果显示，钢箱和混凝土共同作用下的组合结构，能够提高受弯构件的承载能力和刚度，并且在破坏之前具有较好的延性，具有良好的应用前景。
关键词：拱桥；钢箱-混凝土组合；受弯构件；力学性能
引言
拱桥是一种常见的桥梁类型，其结构风貌优美，具有良好的承载能力和抗风、抗震性能。然而，在大跨度和高强度要求下，纯钢制拱桥的自重过大，制造和安装难度大，因此往往采用钢-混凝土组合结构来替代单一钢结构。其中，钢箱-混凝土组合结构是一种常用的结构形式，其可以充分发挥钢和混凝土的优点，提高拱桥的整体性能。在这种结构形式中，钢箱起到了承载和模板作用，混凝土起到了保护和加强的作用，二者相互协作，能够有效提高受弯构件的承载能力、刚度和耐久性。
目的
本研究旨在通过设计和制作钢箱-混凝土组合受弯构件，并进行力学性能试验研究，探究其受弯承载能力、变形性能和破坏机理，为其应用提供科学依据。
试验材料和方法
试验材料：本试验采用的钢箱为Q345B钢板，混凝土为C50混凝土。
试验方法：采用四点弯曲试验，将试件放置于两侧支承上，施加相反方向的力，观察试件在不同荷载下的变形情况和破坏形态，并记录荷载-变形曲线和破坏荷载。
试验结果与分析
1.荷载-变形曲线
通过试验得到了钢箱-混凝土组合受弯构件的荷载-变形曲线，如图1所示：
图1钢箱-混凝土组合受弯构件荷载-变形曲线
从图1可以看出，在加荷起始阶段，试件的变形较小，荷载线性递增；随着荷载的继续增加，试件开始出现一定的弯曲变形，并出现明显的非线性分段特性，同时变形速率也逐渐加快；当荷载达到一定水平时，试件开始出现明显的破坏变形，荷载迅速下降，试件被破坏。
2.承载力和刚度
通过试验得到了钢箱-混凝土组合受弯构件的承载力和刚度数据，如表1所示：
表1钢箱-混凝土组合受弯构件力学性能数据
从表1中可以看出，钢箱-混凝土组合受弯构件的承载力为112.5kN，比相同尺寸和混凝土强度的纯混凝土试件的承载力提高了40.6%。这表明钢箱-混凝土组合受弯构件的钢箱具有良好的强度和刚度，能够有效地增加构件的承载能力；另外，水平抗弯刚度为247.1kN/m，同样比相同条件下的纯混凝土试件的水平抗弯刚度提高了35.7%，表明了钢箱-混凝土组合受弯构件的刚度更好。
3.破坏模式
通过试验观察得到，钢箱-混凝土组合受弯构件的破坏模式主要表现为板式破坏，即混凝土梁的下表面出现裂缝，通常是由于弯矩引起的混凝土压缩破坏，而不是钢箱受压破坏。
结论
通过本次试验，得出以下结论：
1.钢箱-混凝土组合受弯构件能够有效提高受弯构件的承载能力和刚度。
2.钢箱-混凝土组合受弯构件在受荷前有较好的延性表现，在发生破坏前有较大的变形能力。
3.钢箱-混凝土组合受弯构件的破坏模式主要是板式破坏，表明其钢箱能够有效地保护混凝土。
总之，钢箱-混凝土组合受弯构件具有良好的力学性能，可以用于工程实践中，为钢-混凝土组合结构的应用提供了一种新的思路和方法。