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近年來，國內(nèi)外混合梁斜拉橋已得到迅猛發(fā)展，作為該橋型關(guān)鍵部位的鋼-混結(jié)合段具有實現(xiàn)混凝土邊跨和鋼結(jié)構(gòu)主跨間內(nèi)力傳遞及變形的過渡作用。鋼-混結(jié)合段的力學(xué)行為直接決定著該類型橋梁設(shè)計的合理性，國內(nèi)外學(xué)者多通過開展模型試驗對鋼-混結(jié)合段的力學(xué)行為進(jìn)行分析研究。在國內(nèi)，強(qiáng)士中、聶建國、張仲先、陳開利、劉玉擎等分別通過特定混合梁斜拉橋鋼-混結(jié)合段模型試驗，研究了其傳力形式、應(yīng)力分布、破壞機(jī)理及承載能力，得出了各橋鋼-混結(jié)合段傳力合理、承載能力滿足要求等結(jié)論。
在國外，日本學(xué)者曾對多多羅大橋鋼-混結(jié)合段進(jìn)行了相似比為1:50全截面模型試驗和相似比為1:200的半截面模型試驗，Dunai等通過試驗研究了在軸力和彎矩共同作用下鋼-混結(jié)合段的力學(xué)行為(等研究了鋼-混預(yù)應(yīng)力梁結(jié)合段的受力性能及變形響應(yīng)。雖然上述試驗為鋼-混結(jié)合段的研究提供了可靠的數(shù)據(jù)，但上述試驗以驗證性試驗為主，試驗設(shè)計參數(shù)較為單一、缺乏類比性，試驗測點(diǎn)的布置有一定的局限性且試驗耗時較長，花費(fèi)較大。隨著有限元分析技術(shù)的發(fā)展，部分學(xué)者也曾采用有限元方法對鋼-混結(jié)合段進(jìn)行分析研究。但以上研究均針對公路橋的鋼-混結(jié)合段，與公路橋相比，鐵路橋的鋼-混結(jié)合段受力特征和傳力機(jī)理更為復(fù)雜，需對鐵路橋的鋼-混結(jié)合段進(jìn)行研究。杭州那泰有限元分析公司以寧波鐵路樞紐北環(huán)線甬江特大橋為背景，采用有限元法建立了該橋鋼-混結(jié)合段的有限元模型，對其受力特征和傳力機(jī)理進(jìn)行分析研究。
寧波鐵路樞紐北環(huán)線甬江特大橋是國內(nèi)首座鐵路鋼箱混合梁斜拉橋，該橋跨徑布置為(53+50+50+66+468+66+50+50+53)m，采用半飄浮體系。該橋線路等級為國鐵Ⅰ級、有砟軌道，設(shè)計貨運(yùn)列車時速為120km，設(shè)計活載為中-活載。邊跨及部分中跨主梁為單箱三室預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，其余中跨主梁為帶風(fēng)嘴的單箱五室鋼箱梁，鋼箱梁段長419m。鋼與混凝土分界面位于主梁中跨側(cè)距離橋塔24.5m處。該橋鋼-混結(jié)合段采用有格室的前、后承壓板式構(gòu)造，設(shè)計長度為7.35m，承壓板厚60mm。剪力連接件采用剪力釘和PBL鍵2種形式，其中，剪力釘直徑22mm、高150mm；PBL鍵開孔板開孔直徑60mm，貫穿鋼筋直徑25mm。該橋除鋼-混結(jié)合段采用變高度格室外，還設(shè)計了長5m的鋼箱梁剛度過渡段，剛度過渡段加勁肋采用U肋內(nèi)嵌變高度T肋的形式。
采用ANSYS有限元軟件建立甬江特大橋鋼-混結(jié)合段有限元模型，分別采用She1163單元、Solid45單元、Beam44單元、Link8單元模擬鋼殼體、混凝土、連接鍵、預(yù)應(yīng)力筋。鋼殼體主要包括鋼結(jié)構(gòu)的頂板、底板、承壓板、開孔板、腹板、邊板�？紤]到結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，先建立結(jié)構(gòu)的幾何模型，再劃分單元形成有限元模型，單元劃分時對混凝土灌注孔處、PBL鍵開孔處及板件交線處等重點(diǎn)部位進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，避免計算結(jié)果失真。
在考慮圣維南原理的基礎(chǔ)上，采用限制變形-還原內(nèi)力的原理確定模型邊界條件，模型縱向除鋼-混結(jié)合段外，每側(cè)另設(shè)置長度為20m的傳力段，以消除邊界條件的影響，通過節(jié)點(diǎn)耦合的方式考慮承壓板和混凝土的相互作用，忽略其他板件與混凝土的相互作用。模型計算荷載采用純壓工況作用荷載，即在標(biāo)準(zhǔn)鋼箱梁段端部施加軸心力115000kN，不計預(yù)應(yīng)力荷載，建立的鋼-混結(jié)合段三維有限元模型。
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