波形钢腹板组合曲线箱梁剪力滞研究 -中国道桥网

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资料名称:	波形钢腹板组合曲线箱梁剪力滞研究
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上传用户:	Cn_tf
上传时间:	2021/7/8
资料类别:	工程论文
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东南大学 硕士论文 2019.5

波形钢腹板组合箱梁作为上世纪七十年代出现的一种桥梁钢混组合结构，主要特点是采用波形钢腹板代替混凝土腹板，能够有效地降低梁体自重，同时避免混凝土腹板上斜裂缝的产生。但与其它薄壁箱梁结构相似，其上下翼板的剪应力分布不均也会导致有剪力滞现象出现。本文采用理论分析、模型试验和有限元模拟相结合的方法，重点围绕波形钢腹板曲线箱梁的剪力滞效应进行以下几个方面的研究，主要成果如下：
　　(1)针对箱梁的翼板剪应力分布不均匀的特点，分别对箱梁的顶底板和悬臂板设置了3个不同的纵向位移差函数，利用能量变分原理建立了波形钢腹板组合直线箱梁的弹性控制微分方程，结合自然边界条件对箱梁的控制微分方程进行了Matlab编程求解。基于该理论导出的应力求解公式，给出了波形钢腹板直线箱梁在集中和均布荷载作用下的纵向正应力沿梁宽方向的分布规律，结果表明：不同荷载形式作用下，文中计算理论可较准确地反映箱梁结构的受力和变形特性；波形钢腹板直线箱梁在对称荷载作用下，箱梁的横截面的正应力分布具有对称性的特点。
　　(2)在薄壁曲杆理论基础上，建立了波形钢腹板组合曲线箱梁的弹性控制微分方程，按泛函定义导出了考虑箱梁的弯、扭、剪力滞耦合的应力解。结合箱梁的边界约束条件，利用文中理论求解程序计算了波形钢腹板曲线箱梁在不同荷载作用下的应力值，并通过选择不同的剪滞翘曲位移函数对波形钢腹板曲线箱梁的剪力滞效应进行了计算分析。研究结果表明：波形钢腹板组合曲线箱梁由于曲率半径的存在，在外荷载作用下产生的扭转变形导致其横截面上的正应力分布具有非对称性的特点；选择二次抛物线作为剪滞翘曲位移函数，相比于三次抛物线和余弦函数对波形钢腹板曲线箱梁的剪力滞效应分析精确度更高；波形钢腹板组合曲线箱梁在集中荷载作用下的剪力滞效应较均布荷载作用下更为突出。
　　(3)设计并制作了三片波形钢腹板曲线箱梁，对箱梁在弹性阶段的挠度变形及剪力滞效应沿横向截面的分布规律进行了研究，结果表明：试验梁的挠度和应力的理论解析解与试验值、有限元值吻合度良好，而与初等梁理论所计算的应力值相差较多，波形钢腹板曲线箱梁的剪力滞效应不可忽略；腹板厚度对波形钢组合曲线箱梁的挠度影响较大，横隔板数量对挠度影响较小，但可在一定程度上降低箱梁的剪力滞效应；对于波形钢腹板曲线箱梁，在分析箱梁剪力滞效应时，扭转翘曲应力和畸变应力不可忽略，因曲线箱梁曲率半径的存在，箱梁在对称弯曲时扭转和畸变效应不可抵消。
　　(4)基于能量变分法求解理论，研究了截面几何参数和腹板类型对箱梁剪力滞系数的影响。结果表明：在中跨跨中集中荷载作用下，影响连续曲线箱梁剪力滞系数的主要参数是宽跨比B/L和顶板厚度t，曲率半径R和高宽比H/B对剪力滞系数影响相对较小。在集中力下，中跨跨中截面与支座的最大剪力滞系数随宽跨比或高宽比的增大而逐渐增大，但在宽跨比变化时剪力滞系数增大幅度更为显著，高宽比变化时剪力滞系数仅有少许的增大；随着顶板厚度或曲率半径的增大，箱梁的剪力滞系数逐渐降低，但顶板厚度对箱梁剪力滞效应的缓解作用更为明显，而曲率半径则较为微弱。集中力下，波形钢腹板连续曲线箱梁在跨中截面处的顶板剪力滞效应相对于混凝土箱梁偏弱，而在底板处相反。