连续曲线组合箱梁桥施工阶段力学特性与简化计算方法研究

发布时间：2017-09-06 23:38

  本文关键词：连续曲线组合箱梁桥施工阶段力学特性与简化计算方法研究

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【摘要】：曲线组合箱梁中钢梁部分通常选用内部均匀地设置横向联结系的槽形截面。在施工阶段钢梁的结构力学行为较复杂,己不同于纯开口或者纯闭口截面钢梁。理论上用板壳元和实体元建立的有限元精细模型可以清晰地计算出结构的受力情况。然而,庞大的前后处理工作量、计算时间长、计算所需内存和外存大等缺点直接制约了它在实际工程中的应用。在这种情况下,如果能够建立一种较为简便的且具有一定精度的计算模型就显得很有实用价值。论文进行了这方面的探讨和研究,具体研究内容和成果如下：利用有限元软件ANSYS建立曲线槽形钢梁板壳元模型,计算分析施工阶段中结构的受力状态,揭示其力学特性和规律。对影响连续曲线组合箱梁桥在施工阶段受力性能的主要参数进行分析,包括：钢梁截面形式、横向联结系的布置间距、横向联结系的结构形式。引入等效扭转刚度的概念,利用符拉索夫约束扭转理论和开口薄壁杆件的约束扭转初参数法,推导了两种不同工况下结构扭转角的计算公式,并建立了对应的板壳元节段模型,反算求得等效扭转参数,确立了杆系模型的建模方法。此外,论文又进一步提出了等效自由扭转常数It的简化计算方法,将结构等效为顶板是一弹性薄板的闭口截面杆件,横向联结系对结构的作用用弹性薄板代替,给出了薄板厚度的计算公式。将己建成的连续曲线组合箱梁桥作为计算实例,运用论文建立的公式(或过程)计算等效扭转参数,建立施工过程中重要阶段的杆系模型,进行变形和应力的计算,与相对应的精细模型计算结果做对比分析,验证杆系模型的准确性和实用性。计算结果表明,对于设置有横向联结系的曲线槽形钢梁,其扭转类型属于约束扭转,结构沿纵向产生翘曲变形,横截面畸变变形很小,它的受力特征依然满足经典的开口薄壁杆件约束扭转理论的分析结果。非对称截面钢梁在自重荷载或外部对称荷载作用下,对自身会产生一个附加扭矩,这种作用对结构受力随曲线半径的变化保持不变。横向联结系可以显著提高槽形钢梁的抗扭刚度,布置越密,扭转刚度越大。隔板式横向联结系和桁架式横向联结系对槽形钢梁整体受力的影响是相同的。将均匀设置横向联结系的开口截面钢梁等效为匀质的薄壁梁,计算所得到的等效抗扭参数是合理的。等效扭转参数中翘曲常数Iω和扭心位置可忽略横向联结系的影响,直接按照一般开口槽形截面计算。文中建立的杆系模型与精细模型计算得到的变形、应力结果吻合良好,杆系模型具有良好的准确性和实用性,能够为实际桥梁的设计和施工计算分析提供一种有效的方法。
【关键词】：组合梁曲线桥 扭转 槽形截面 精细模型 杆系模型
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U445.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 课题背景及研究意义12-14
• 1.1.1 钢-混凝土组合梁桥及问题的提出12-13
• 1.1.2 课题研究意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-17
• 1.2.1 薄壁箱梁理论14-15
• 1.2.2 组合箱梁施工阶段开口钢梁受力性能研究15-16
• 1.2.3 箱梁杆系模型分析研究16-17
• 1.3 论文主要工作及内容17-19
• 第2章 连续曲线组合箱梁桥施工阶段力学行为分析19-54
• 2.1 概述19-21
• 2.1.1 板壳有限元分析理论19-20
• 2.1.2 ANSYS中板壳单元介绍20-21
• 2.2 有限元模型的建立21-24
• 2.2.1 桥梁背景21-22
• 2.2.2 有限元模型22-24
• 2.2.3 计算结果说明及正负号规定24
• 2.3 钢梁在顶推过程中处于最大悬臂状态时的受力分析24-28
• 2.3.1 支反力及变形分析25-27
• 2.3.2 应力分析27-28
• 2.4 钢梁顶推结束完成体系转换的受力分析28-31
• 2.4.1 支反力及变形分析28-30
• 2.4.2 应力分析30-31
• 2.5 钢梁在混凝土板铺设后的受力分析31-33
• 2.5.1 支反力及变形分析31-32
• 2.5.2 应力分析32-33
• 2.6 影响曲线连续组合箱梁施工阶段受力的参数分析33-52
• 2.6.1 钢梁横截面形式的影响33-44
• 2.6.2 横向联结系间距的影响44-48
• 2.6.3 横向联结系形式的影响48-52
• 2.7 本章小结52-54
• 第3章 设有横联的槽形钢梁杆系模型计算参数研究54-84
• 3.1 概述54-55
• 3.1.1 约束扭转的介绍54-55
• 3.1.2 空间梁单元分析模型55
• 3.2 开口薄壁杆件约束扭转的初参数解法55-61
• 3.2.1 控制微分方程及其解55-58
• 3.2.2 集中力以及分布扭矩的影响58-60
• 3.2.3 边界条件60-61
• 3.3 等效扭转刚度的计算61-72
• 3.3.1 详细计算过程61-66
• 3.3.2 单轴对称截面的分析66-69
• 3.3.3 非对称截面的分析69-72
• 3.4 单梁模型计算的验证72-76
• 3.4.1 算例172-73
• 3.4.2 算例273-74
• 3.4.3 算例374-75
• 3.4.4 小结75-76
• 3.5 横向联结系间距的影响76-79
• 3.5.1 等效扭转刚度的分析76-77
• 3.5.2 计算结果的分析比较77-79
• 3.6 等效自由扭转常数I_t的进一步简化计算79-82
• 3.7 本章小结82-84
• 第4章 工程实例计算84-99
• 4.1 概述84
• 4.2 桥梁概况84-85
• 4.3 有限元模型85-90
• 4.3.1 精细模型85-88
• 4.3.2 杆系模型88-90
• 4.4 施工阶段计算及分析90-98
• 4.4.1 薄壁箱梁正应力计算90-92
• 4.4.2 顶推过程中处于最大悬臂状态计算分析92-94
• 4.4.3 顶推结束钢梁完成体系转换阶段计算分析94-96
• 4.4.4 混凝土桥面板整体安装后计算分析96-98
• 4.5 本章小结98-99
• 结论与展望99-101
• 致谢101-102
• 参考文献102-106
• 攻读硕士期间参与科研实践项目106

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本文编号：806125