考虑扭转与畸变效应的波形钢腹板组合箱梁抗弯承载力研究

发布时间：2017-09-11 23:16

  本文关键词：考虑扭转与畸变效应的波形钢腹板组合箱梁抗弯承载力研究

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【摘要】：随着现代桥梁结构的发展,工程师日趋采用高强度材料和复合钢筋—钢筋混凝土复合结构,越来越向轻薄大跨方向发展,因而新型结构波形钢腹板箱梁受到广泛的关注。本文采用理论分析、数值求解和有限元模型测试相结合的方法,对波形钢腹板箱梁考虑扭转和畸变后的弯曲承载力进行了研究,主要研究方法和研究结果如下:(1)研究了波形钢腹板箱梁最大弯曲承载力的求解过程。根据波形钢腹板箱梁的结构特征,抽象出考虑体外预应力后的力学图式,基于拟平截面假定和已有普通混凝土箱梁的弯曲承载力公式推导方法,根据力学平衡和应力平衡的方法,推导了波形钢腹板箱梁的最大弯曲承载力公式;(2)完成了波形钢腹板箱梁扭转和畸变的理论分析。通过分析约束扭转和畸变变形的应力特点,应用广义积分和广义坐标的方法,推导了波形钢腹板简支箱梁的扭转角、畸变角和翘曲应力沿跨径的变化图,并且分析其与弯曲应力的比例,根据此分析其对弯曲承载力的影响程度。(3)建立波形钢腹板箱梁基于Midas平台的有限元模型。基于实体单元和Midas平台建立了波形钢腹板箱梁的有限元模型,通过对比有限元与广义积分解析法对于约束扭转和畸变特性的计算结果,最后相互印证出模型正确性和解析法的有效性。(4)推导了考虑公路一级荷载和扭转畸变因素的波形钢腹板的最大弯曲承载力公式。基于公路一级荷载下,分析了几何参数(高跨比)对波形钢腹板组合箱梁恒载、活载弯曲应力和活载翘曲应力的影响,对比设置中横隔板与不设置中横隔板两种情况下的计算结果发现,设置中横隔板能够减小箱梁的畸变效应和约束扭转效应,因此设置横隔板是减小翘曲正应力的有效工程措施。最后建立了考虑畸变与扭转因素横隔板间距公式和以此给出了弯曲承载力的求解过程。
【关键词】：波形钢腹板箱梁 实体单元建模 弯曲承载力 约束扭转 畸变
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 波形钢腹板组合箱梁结构产生与研究背景10-11
• 1.2 波形钢腹板组合箱梁的发展及应用11-16
• 1.2.1 波形钢腹板组合箱梁的构造特点11-12
• 1.2.2 波形钢腹板组合箱梁的应用12-16
• 1.3 波形钢腹板组合箱梁抗弯承载力国内外研究现状16-21
• 1.3.1 国外研究现状16-19
• 1.3.2 国内研究现状19-21
• 1.4 本文研究问题的提出21-22
• 1.5 本文研究的内容和技术路线22-24
• 第二章 波形钢腹板组合箱梁抗弯承载力研究24-37
• 2.1 波形钢腹板的轴向变形特性24-27
• 2.2 波形钢腹板箱梁拟平截面假定的理论27-31
• 2.3 体外预应力钢筋应力分析31
• 2.4 正截面极限承载力计算31-34
• 2.4.1 基本假定32
• 2.4.2 极限状态下波形钢腹板箱梁各部分的应力应变状况32-33
• 2.4.3 基本公式及适用条件33-34
• 2.5 考虑扭转应力和畸变应力后的弯曲承载力34-35
• 2.6 本章小结35-37
• 第三章 波形钢腹板组合箱梁约束扭转与畸变效应分析37-58
• 3.1 波形钢腹板箱梁偏心反对称荷载的分解37-39
• 3.2 波形钢腹板箱梁约束扭转的理论分析39-43
• 3.2.1 基本假定39-41
• 3.2.2 波形钢腹板箱梁约束扭转正应力41-42
• 3.2.3 波形钢腹板箱梁的约束扭转剪应力42-43
• 3.3 波形钢腹板箱梁畸变的理论分析43-44
• 3.4 计算模型及基本假定44-53
• 3.4.1 计算模型44-45
• 3.4.2 基本假定45-49
• 3.4.3 哈密顿求解体系的推导49-53
• 3.5 纯扭转荷载作用时约束扭转分析53-54
• 3.5.1 基本假定53
• 3.5.2 哈密顿对偶体系53-54
• 3.6 算例54-57
• 3.7 本章小结57-58
• 第四章 波形钢腹板箱梁有限元实体模型与解析理论的比较58-72
• 4.1 有限元模型尺寸58-66
• 4.1.1 等效断面59
• 4.1.2 有限元模型示意图59-62
• 4.1.3 有限元模型工况示意图62-66
• 4.2 偏心荷载工况下弯曲应力对比66-67
• 4.3 偏心荷载工况下扭转角、畸变角和翘曲应力的对比67-70
• 4.3.1 扭转角的对比67-68
• 4.3.2 畸变角的对比68-70
• 4.3.3 翘曲应力的对比70
• 4.4 本章小结70-72
• 第五章 考虑扭转与畸变的波形钢腹板箱梁几何参数优化72-92
• 5.1 弯矩承载力公式推导72-74
• 5.1.1 弯矩承载力公式72-73
• 5.1.2 弯矩增大系数公式73-74
• 5.2 应力增大系数基于高跨比变化的分析74-84
• 5.2.1 恒载的弯曲应力随高跨比的变化76-78
• 5.2.2 活载的弯曲应力随高跨比的变化78-80
• 5.2.3 翘曲应力随高跨比的变化80-82
• 5.2.4 应力增大系数82-84
• 5.3 横隔板对应力增大系数的影响84-90
• 5.3.1 基于波形钢腹板下横隔板设置经验公式84-85
• 5.3.2 基于公路一级荷载下横隔板设置的经验公式85-90
• 5.4 考虑扭转畸变因素，弯曲承载力求解过程建立90-91
• 5.5 本章小结91-92
• 第六章 结论与展望92-94
• 6.1 结论92-93
• 6.2 展望93-94
• 参考文献94-96

【参考文献】

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本文编号：833659