特殊支承条件下薄壁箱梁剪力滞效应的梁段有限元分析

发布时间：2017-05-12 23:14

  本文关键词：特殊支承条件下薄壁箱梁剪力滞效应的梁段有限元分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：特殊支承箱梁被越来越多地使用在桥梁工程中。本文主要应用梁段有限元方法,分析了在特殊支承条件下薄壁箱梁的剪力滞效应。本文在初等梁理论的基础上考虑箱梁剪力滞效应,将剪力滞效应引起的附加挠度作为广义位移,把剪力滞变形视为一种独立的基本变形。引入4个初参数,应用初参数法推导剪力滞单元刚度矩阵。考虑剪切变形影响下的约束扭转翘曲位移模式,选取箱梁的扭转位移函数形式,应用初参数法得到约束扭转的单元刚度矩阵。薄壁箱梁结构在发生弯曲和扭转变形时,将上述两个刚度矩阵迭加,得到相应于正交支承薄壁箱梁弯曲和扭转单元刚度矩阵,再引入刚臂约束,进一步得到特殊支承箱梁单元刚度矩阵。根据有限元分析的原理,在杆系平面有限元电算程序FRAME2的基础上,编制得到特殊支承箱梁有限元电算程序MFRAME2。应用一维有限元电算程序MFRAME2,对一特殊支承三跨连续箱梁进行了内力分析。结果表明:集中荷载作用在中跨跨中顶板中间位置处时,随着斜交角的增大,弯矩图和剪力滞广义力矩图的峰值减小,峰值出现在集中荷载作用处和特殊支承处。在同一特殊支承处,靠近集中荷载的支点处的弯矩和广义力矩峰值要大于远离集中荷载的支点处峰值。在同一截面上弯矩值远大于剪力滞广义力矩值(绝对值),但弯矩图和剪力滞广义力矩图的形状不同。两者都是在集中荷载作用截面和支承点截面达到峰值,剪力滞广义力矩达到峰值后衰减很快,而弯矩图衰减相对平缓一些。随着斜交角的增大,双力矩图的峰值增大,峰值出现在特殊支承处。在同一特殊支承处,靠近集中荷载的支点处的双力矩峰值要大于远离集中荷载的支点处峰值。双力矩达到峰值后衰减很快。在偏心荷载作用下,扭矩和双力矩的分布变得更复杂,剪力滞翘曲应力和约束扭转翘曲应力之和占控制截面总应力的比例较大,在设计中应注意。应用ANSYS中的SHELL63壳单元对特殊支承三跨连续箱梁进行了应力分析。结果表明:箱梁截面正应力随着斜交角的增大而减小,但减小的程度在变大。偏心荷载对特殊支承截面应力影响较大。在腹板与顶板相交处及腹板与底板相交处的剪力滞系数随着斜交角的增大而增大,在顶板中间位置及底板中间位置处的剪力滞系数随着斜交角的增大而减小,故随着斜交角的增大,剪力滞效应越明显。斜交角在0o~45o范围内时,斜交角的变化对中跨跨中截面剪力系数的影响较小,当斜交角大于45o后,斜交角的变化对中跨跨中截面剪力滞系数的影响增大。
【关键词】：剪力滞效应 特殊支承箱梁 梁段有限元 附加挠度 初参数法
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-20
• 1.1 选题背景10-14
• 1.1.1 箱形截面的特点10-11
• 1.1.2 箱形梁的受力状态11-12
• 1.1.3 特殊支承条件下箱梁剪力滞效应的研究意义12-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 箱形梁的分析方法14-15
• 1.2.2 箱梁剪力滞分析理论15-18
• 1.2.3 剪力滞翘曲位移函数的研究18-19
• 1.3 本文主要研究内容19-20
• 2 箱形梁剪力滞效应20-31
• 2.1 概述20
• 2.2 箱形梁剪力滞分析的变分法20-24
• 2.2.1 剪力滞变形状态的描述20-22
• 2.2.2 剪力滞翘曲位移模式22-23
• 2.2.3 控制微分方程的建立23-24
• 2.3 初参数解24-30
• 2.3.1 初参数解的推导24-25
• 2.3.2 边界条件25
• 2.3.3 剪力滞单元刚度矩阵和等效节点力25-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 箱形梁的约束扭转31-42
• 3.1 按乌曼斯基理论建立约束扭转微分方程31-36
• 3.1.1 箱形梁约束扭转分析的基本假设31
• 3.1.2 约束扭转纵向位移31-32
• 3.1.3 约束扭转翘曲正应力和双力矩32-33
• 3.1.4 约束扭转总剪流和总扭矩33-34
• 3.1.5 微分方程的建立34-36
• 3.2 初参数解36-38
• 3.2.1 初参数解的推导36-38
• 3.2.2 边界条件38
• 3.3 约束扭转单元刚度矩阵及等效节点力38-41
• 3.4 本章小结41-42
• 4 特殊支承条件下薄壁箱梁的一维有限元分析42-56
• 4.1 有限元分析主要步骤42-44
• 4.2 正交支承箱梁单元刚度矩阵的建立44-47
• 4.3 特殊支承箱梁单元刚度矩阵的建立47-52
• 4.3.1 刚臂约束47-51
• 4.3.2 单元刚度矩阵51-52
• 4.4 箱梁横截面上的正应力52-53
• 4.5 特殊支承箱梁有限元电算程序MFRAME253-55
• 4.6 本章小结55-56
• 5 特殊支承条件下连续箱梁算例分析56-73
• 5.1 三跨连续单箱单室箱梁算例56-59
• 5.1.1 算例概况56-57
• 5.1.2 箱形梁几何特性计算57-59
• 5.2 连续箱梁内力分析59-63
• 5.3 连续箱梁应力分析63-69
• 5.3.1 ANSYS有限元模型63-65
• 5.3.2 集中荷载作用于中跨跨中顶板中点时应力分析65-67
• 5.3.3 集中荷载作用于中跨跨中腹板顶部时应力分析67-69
• 5.4 特殊支承条件下箱梁剪力滞效应分析69-71
• 5.5 本章小结71-73
• 结论73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 攻读学位期间的研究成果79

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本文编号：361089