Structural performance of continuous composite bridges with partial shear connection and double composite action

Tesi en modalitat de cotutela: Universitat Politècnica de Catalunya i Tongji University
Tesi en modalitat de compendi de publicacions
(English) The steel-concrete composite structural solution has been widely applied in the execution of simply supported bridges since the merits of concrete compressive strength and steel tensile strength can be efficiently utilized. However, there is an inverse stress situation in the hogging moment region of a continuous composite girder, where the concrete tensile cracks and steel buckling are both likely to happen. Normal composite bridges adopt Full Shear Connection (FSC) due to convenient construction and clear mechanical properties. However, large tensile stress in concrete is generated in hogging moment regions in continuous girders. In response to this issue, Partial Shear Connection (PSC) achieved by reducing shear connection efficiency in hogging moment region of continuous composite bridge can help to decrease the interaction extent between concrete slab and steel girder, thus reducing the concrete cracking and simultaneously maintaining the ultimate bearing capacity and overall stiffness of the structure. Meanwhile, casting an extra concrete bottom layer to a steel-concrete composite box girder (double composite action) in a hogging moment region can also prevent steel buckling and improve the mechanical performance of the continuous composite bridge. In order to study the structural performance of composite girder with PSC and double composite action, this thesis presents an in-depth study through the combination of experimental, numerical and analytical studies as follows: (1) To study the mechanical properties of the rubber sleeved stud connector, five groups of 15 push-out specimens were fabricated and tested. Numerical models were established. The results of the test and numerical analysis show that the rubber sleeved stud (RSS) connector effectively reduces the shear stiffness of the push-out specimen without changing the load carrying capacity. (2) To study the structural performance of composite girders with partial shear connection, four simply
(Español) La solución mixta acero-hormigón se ha utilizado ampliamente en la construcción de puentes simplemente apoyados, ya que en esta configuración longitudinal es como mejor se aprovecha la alta resistencia a compresión del hormigón junto con la alta resistencia a tracción del acero. Sin embargo, la solución se vuelve contraproducente en la zona de flexión negativa de puentes continuos, donde la fisuración a tracción del hormigón y la abolladura del acero son fenómenos probables. Los puentes mixtos adoptan ua solución de conexión completa (CC) debido a la facilidad constructiva y respuesta estructural. Para reducir las tensiones de tracción en la zona de flexión negativa, una solución alternativa es la conexión parcial (CP), que ayuda a reducir la interacción entre la losa de hormigón y la viga de acero, reduciendo la fisuración en el hormigón aunque manteniendo la resistencia y la rigidez global de la estructura. Por otro lado, colocar un recrecido de hormigón en la zona inferior de la zona de apoyos (doble acción mixta) puede prevenir la abolladura de las chapas metálicas y mejorar la respuesta de los puentes mixtos continuos. Con el objetivo de estudiar el comportamiento estructural de puentes mixtos continuos con conexión parcial y doble acción mixta, en esta tesis se desarrolla un estudio completo combinando experimentación con soluciones numérica y analíticas con el siguiente contenido: (1) Estudiar las propiedades mecánicas del conector enfundado en neopreno (CEN), mediante el ensayo push-out en laboratorio de 5 grupos de 15 muestras y establecer modelos numéricos de su comportamiento estructural. Los resultados experimentales y estudios numéricos han puesto de manifiesto que este tipo de conector reduce de manera efectiva la rigidez transversal sin variar la capacidad de carga. (2) Estudiar el desempeño de vigas mixtas con conexión parcial, mediante el ensayo en laboratorio de 4 vigas simplemente apoyadas y dos vigas continuas mixtas, cargadas estáticam
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