钢桁腹式混凝土组合箱梁的扭转与畸变效应分析
发布时间：2021-07-03 23:43
钢桁腹式混凝土组合箱梁是一种较新型的钢-混组合箱梁结构,具有自重轻、现场施工便捷、避免腹板开裂、通透性好以及桥型优美等优点。目前国内外学者对该结构的受力特点进行了较为深入的研究与探索,但关于扭转与畸变方面的研究相对很少。本文通过理论研究及有限元模拟分析,对钢桁腹式混凝土组合箱梁进行了扭转与畸变的初步探究,主要内容如下:（1）依据剪切变形相等原则将钢桁腹式组合箱梁中的钢桁腹杆等效为混凝土腹板,将腹杆转变为连续体系。以薄壁箱梁扭转几何特性的理论计算方法为基础,推导出组合箱梁横断面的扭转中心、主扇性坐标、主扇性惯性矩等截面扭转几何特性的表达式,分析钢桁腹杆在横断面内水平倾角对扭转中心、主扇性惯性矩以及主扇性坐标的影响规律。结果表明:增大钢桁腹杆在横断面内水平倾角α（α在0°24°变化范围内）,扭转中心至顶板中心的距离随着α的增大而增大,组合箱梁截面主扇性惯性矩随α增大而减小。（2）从钢桁腹式混凝土组合箱梁的自由扭转入手,推导出组合箱梁的自由扭惯性矩Id。用β′表示组合箱梁约束扭转的翘曲位移自由度,推导出组合箱梁闭口断面的混凝土顶底板和换算钢腹板的扭转翘曲应力表达式,进而...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
平面钢腹板-混凝土组合箱梁图示
钢桁腹式混凝土组合箱梁的扭转与畸变效应分析-2-二十世纪七十年代，法国桥梁设计师实现了用平钢板代替混凝土腹板，建立了Ferte-Saint-Aubin桥，该桥使用了体外预应力技术，并且在容易产生局部屈曲的部位设置了纵向加劲肋，成为世界上第一座钢-混组合结构梁桥[1]。但是这种结构存在很大的弊端：（1）由于平面钢腹板的纵向刚度远远大于混凝土顶底板，混凝土顶底板与平面钢腹板之间产生了严重的应力重分布现象；（2）耗资增设加劲肋以避免腹板局部屈曲，这样就加大了投资；（3）原本应该由顶底板承担的预应力大约有百分之二十至二十五转移到了平面钢腹板上，使预应力的利用效率大幅度减校1986年，法国CampenonBernard公司建造了Cognac桥，该桥是世界首座波形钢腹板组合结构桥梁[2]，此桥将原来的平面钢腹板替换成了波形钢腹板，解决了平面钢腹板带来的应力重分布问题，此类结构无需再设置纵向加劲肋，提高了材料利用效率，同时降低了投资成本。此后，该类箱型梁迅速发展，得到了世界各国的广泛应用。其基本图示如图1.2所示。图1.2波形钢腹板-混凝土组合箱梁图示与此同时，同样在法国，建成了另外一种钢-混组合箱型梁—Arbois桥—钢桁腹式混凝土组合箱梁[3]。此类结构是用钢桁腹杆替换了原来的混凝土腹板，钢桁腹杆中用混凝土填充，腹杆与混凝土顶底板用连接键连接形成节点，并结合体内、外预应力，使钢腹杆与混凝土翼板共同受力[4]。如图1.3所示。混凝土腹板改为钢桁腹杆比波形钢腹板更具有通透性，减小了风荷载作用，使桥梁更加稳定，提高耐久性；且更具有美观价值，与周围环境相呼应。
兰州交通大学硕士学位论文-3-图1.3钢桁腹式混凝土组合箱梁图示1.1.2钢桁腹式混凝土组合箱梁的发展钢桁腹式混凝土组合箱梁最早建成于法国，随后日本以及加拿大等国家也开始迅速推广应用该桥型。日本最为典型，自2003年木之川高架桥建成以来，每年都会有新的钢桁腹式混凝土组合箱梁桥建成[5]，国际土木工程界对其结构优点表现出了广泛的认同。总的来说，该桥型在国际上应用日益广泛，我国也已经建成了多座钢桁腹式混凝土组合箱梁，除最早建成的南京江山桥外，还有国道107深圳宝安段匝道引桥和闵浦大桥边跨以及正在建造的水碾堡特大桥等。1985年，国际上第一座钢桁腹式混凝土组合箱梁桥—Arbois桥（见图1.4）于法国建成。梁高3m，三跨（29.85+40.4+29.85）等截面连续梁，钢桁腹杆与混凝土顶底板的连接方式为直接插入式。Arbois使用了体外索，能有效地解决大部分混凝土箱梁所具有的混凝土顶底板在正负弯矩区会产能生开裂的问题，并且通过添加横隔板使其发生转向。加拿大的Sherborooke桥是世界首座采用活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete）建成的桥梁，而该桥正是采用了钢桁腹式混凝土结构。图1.4法国Arbois桥2003年，法国的BrasdelaPlaine桥（见图1.5），同时配有体内、外预应力钢束，为避免桥梁上部结构内产生的温度应力过大，JeanMullerInternational想到了仅合拢跨中
【参考文献】：
期刊论文
[1]波形钢腹板箱梁的约束扭转剪应力分析[J]. 魏娜,张元海,姚晓东. 应用数学和力学. 2020(04)
[2]单箱三室波形钢腹板悬臂梁抗扭性能分析[J]. 陈建伟,周东波,邓文琴,龚杰林,张建东. 现代交通技术. 2019(05)
[3]钢桁腹-混凝土组合箱梁偏载系数取值影响因素分析[J]. 于小芹,杨霞林. 水利与建筑工程学报. 2019(05)
[4]钢桁腹式混凝土组合箱梁翼板纵向应力的计算方法研究[J]. 张岩,杨霞林,冀伟. 计算力学学报. 2019(05)
[5]曲线钢-混凝土组合箱形梁的约束扭转、畸变和界面双向滑移效应[J]. 朱力,李明杰,陈超,孙海秀,韩东,赵元鹏. 建筑结构学报. 2019(S1)
[6]单箱三室波形钢腹板悬臂梁扭转与畸变分析及试验研究[J]. 邓文琴,毛泽亮,刘朵,张建东. 建筑结构学报. 2020(02)
[7]变截面波形钢腹板内衬混凝土组合梁剪扭性能试验研究[J]. 邓文琴,刘朵,王超,张建东. 东南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[8]钢桁腹式混凝土组合箱梁的结构性能分析[J]. 张岩,杨霞林,冀伟. 水利与建筑工程学报. 2018(04)
[9]钢管腹杆-混凝土K形组合节点试验及仿真分析[J]. 端茂军,刘钊,张建东,刘朵. 桥梁建设. 2017(05)
[10]钢桁腹杆PC组合箱梁桥自振特性研究[J]. 方映平. 城市道桥与防洪. 2017(06)
硕士论文
[1]变截面波形钢腹板组合箱梁桥极限破坏模式及腹板屈曲行为研究[D]. 张菁.北京交通大学 2019
[2]变截面钢桁腹-混凝土组合连续刚构桥力学性能分析[D]. 刘祁杰.东南大学 2018
[3]波形钢腹板—钢管混凝土组合结构箱梁桥的扭转和畸变研究[D]. 白博.西安建筑科技大学 2017
[4]波纹钢腹板曲线箱梁的扭转性能研究[D]. 田宝升.东南大学 2016
[5]大跨径波形钢腹板PC组合箱梁扭转和畸变效应分析[D]. 杨星星.重庆交通大学 2015
[6]钢桁腹组合结构梁桥力学性能分析[D]. 雷聪.东南大学 2015
[7]钢桁腹组合桥力学模型及其对比[D]. 陈维.华中科技大学 2014
[8]波形钢腹板PC组合箱梁扭转力学性能分析[D]. 张德.兰州交通大学 2014
[9]钢管混凝土桁腹式PC组合结构梁桥受力特性研究[D]. 张锴锋.天津城市建设学院 2012
[10]波形钢腹板PC组合箱梁桥力学特性关键影响因素研究[D]. 聂细锋.西南交通大学 2012
本文编号：3263587
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：93 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
平面钢腹板-混凝土组合箱梁图示
钢桁腹式混凝土组合箱梁的扭转与畸变效应分析-2-二十世纪七十年代，法国桥梁设计师实现了用平钢板代替混凝土腹板，建立了Ferte-Saint-Aubin桥，该桥使用了体外预应力技术，并且在容易产生局部屈曲的部位设置了纵向加劲肋，成为世界上第一座钢-混组合结构梁桥[1]。但是这种结构存在很大的弊端：（1）由于平面钢腹板的纵向刚度远远大于混凝土顶底板，混凝土顶底板与平面钢腹板之间产生了严重的应力重分布现象；（2）耗资增设加劲肋以避免腹板局部屈曲，这样就加大了投资；（3）原本应该由顶底板承担的预应力大约有百分之二十至二十五转移到了平面钢腹板上，使预应力的利用效率大幅度减校1986年，法国CampenonBernard公司建造了Cognac桥，该桥是世界首座波形钢腹板组合结构桥梁[2]，此桥将原来的平面钢腹板替换成了波形钢腹板，解决了平面钢腹板带来的应力重分布问题，此类结构无需再设置纵向加劲肋，提高了材料利用效率，同时降低了投资成本。此后，该类箱型梁迅速发展，得到了世界各国的广泛应用。其基本图示如图1.2所示。图1.2波形钢腹板-混凝土组合箱梁图示与此同时，同样在法国，建成了另外一种钢-混组合箱型梁—Arbois桥—钢桁腹式混凝土组合箱梁[3]。此类结构是用钢桁腹杆替换了原来的混凝土腹板，钢桁腹杆中用混凝土填充，腹杆与混凝土顶底板用连接键连接形成节点，并结合体内、外预应力，使钢腹杆与混凝土翼板共同受力[4]。如图1.3所示。混凝土腹板改为钢桁腹杆比波形钢腹板更具有通透性，减小了风荷载作用，使桥梁更加稳定，提高耐久性；且更具有美观价值，与周围环境相呼应。
兰州交通大学硕士学位论文-3-图1.3钢桁腹式混凝土组合箱梁图示1.1.2钢桁腹式混凝土组合箱梁的发展钢桁腹式混凝土组合箱梁最早建成于法国，随后日本以及加拿大等国家也开始迅速推广应用该桥型。日本最为典型，自2003年木之川高架桥建成以来，每年都会有新的钢桁腹式混凝土组合箱梁桥建成[5]，国际土木工程界对其结构优点表现出了广泛的认同。总的来说，该桥型在国际上应用日益广泛，我国也已经建成了多座钢桁腹式混凝土组合箱梁，除最早建成的南京江山桥外，还有国道107深圳宝安段匝道引桥和闵浦大桥边跨以及正在建造的水碾堡特大桥等。1985年，国际上第一座钢桁腹式混凝土组合箱梁桥—Arbois桥（见图1.4）于法国建成。梁高3m，三跨（29.85+40.4+29.85）等截面连续梁，钢桁腹杆与混凝土顶底板的连接方式为直接插入式。Arbois使用了体外索，能有效地解决大部分混凝土箱梁所具有的混凝土顶底板在正负弯矩区会产能生开裂的问题，并且通过添加横隔板使其发生转向。加拿大的Sherborooke桥是世界首座采用活性粉末混凝土（ReactivePowderConcrete）建成的桥梁，而该桥正是采用了钢桁腹式混凝土结构。图1.4法国Arbois桥2003年，法国的BrasdelaPlaine桥（见图1.5），同时配有体内、外预应力钢束，为避免桥梁上部结构内产生的温度应力过大，JeanMullerInternational想到了仅合拢跨中
【参考文献】：
期刊论文
[1]波形钢腹板箱梁的约束扭转剪应力分析[J]. 魏娜,张元海,姚晓东. 应用数学和力学. 2020(04)
[2]单箱三室波形钢腹板悬臂梁抗扭性能分析[J]. 陈建伟,周东波,邓文琴,龚杰林,张建东. 现代交通技术. 2019(05)
[3]钢桁腹-混凝土组合箱梁偏载系数取值影响因素分析[J]. 于小芹,杨霞林. 水利与建筑工程学报. 2019(05)
[4]钢桁腹式混凝土组合箱梁翼板纵向应力的计算方法研究[J]. 张岩,杨霞林,冀伟. 计算力学学报. 2019(05)
[5]曲线钢-混凝土组合箱形梁的约束扭转、畸变和界面双向滑移效应[J]. 朱力,李明杰,陈超,孙海秀,韩东,赵元鹏. 建筑结构学报. 2019(S1)
[6]单箱三室波形钢腹板悬臂梁扭转与畸变分析及试验研究[J]. 邓文琴,毛泽亮,刘朵,张建东. 建筑结构学报. 2020(02)
[7]变截面波形钢腹板内衬混凝土组合梁剪扭性能试验研究[J]. 邓文琴,刘朵,王超,张建东. 东南大学学报(自然科学版). 2019(04)
[8]钢桁腹式混凝土组合箱梁的结构性能分析[J]. 张岩,杨霞林,冀伟. 水利与建筑工程学报. 2018(04)
[9]钢管腹杆-混凝土K形组合节点试验及仿真分析[J]. 端茂军,刘钊,张建东,刘朵. 桥梁建设. 2017(05)
[10]钢桁腹杆PC组合箱梁桥自振特性研究[J]. 方映平. 城市道桥与防洪. 2017(06)
硕士论文
[1]变截面波形钢腹板组合箱梁桥极限破坏模式及腹板屈曲行为研究[D]. 张菁.北京交通大学 2019
[2]变截面钢桁腹-混凝土组合连续刚构桥力学性能分析[D]. 刘祁杰.东南大学 2018
[3]波形钢腹板—钢管混凝土组合结构箱梁桥的扭转和畸变研究[D]. 白博.西安建筑科技大学 2017
[4]波纹钢腹板曲线箱梁的扭转性能研究[D]. 田宝升.东南大学 2016
[5]大跨径波形钢腹板PC组合箱梁扭转和畸变效应分析[D]. 杨星星.重庆交通大学 2015
[6]钢桁腹组合结构梁桥力学性能分析[D]. 雷聪.东南大学 2015
[7]钢桁腹组合桥力学模型及其对比[D]. 陈维.华中科技大学 2014
[8]波形钢腹板PC组合箱梁扭转力学性能分析[D]. 张德.兰州交通大学 2014
[9]钢管混凝土桁腹式PC组合结构梁桥受力特性研究[D]. 张锴锋.天津城市建设学院 2012
[10]波形钢腹板PC组合箱梁桥力学特性关键影响因素研究[D]. 聂细锋.西南交通大学 2012
本文编号：3263587
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