索支撑单箱三室箱梁剪力滞效应的分析理论与试验研究

发布时间：2017-09-24 03:11

  本文关键词：索支撑单箱三室箱梁剪力滞效应的分析理论与试验研究

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【摘要】：国内外对剪力滞效应的研究已经迈过了半个多世纪,可见剪力滞效应对箱梁安全性方面有着重大的影响。本论文是在国家自然基金‘考虑索支撑作用的多室箱梁剪力滞效应研究’下进行研究的。以索支撑单箱三室截面箱梁为对象,通过理论分析、有限元模拟及试验模型加载,研究了拉索集中力作用下单箱三室箱梁剪力滞效应,主要研究工作及结论如下:(1)推导了单箱三室箱梁纵向弯曲变形产生的剪力滞效应分析理论。基于比拟杆方法,推导了加劲杆等效面积公式和剪力滞控制微分方程;分析了剪力在单箱三室截面箱梁各腹板的分配;采用R语言进行编程并求解了剪力滞效应控制微分方程。(2)研究了单箱三室简支箱梁和两跨连续箱梁典型截面的剪力滞效应。以简支箱梁和两跨连续箱梁的跨中四块腹板分别作用竖向对称集中力和满跨均布力两种加载工况为研究对象,通过试验解、板壳数值解和本文理论解的对比得出:(1)单箱三室简支箱梁在两种荷载工况下,截面总体为正剪力滞效应。跨中截面各腹板部位顶、底板纵向应力有较大差异,顶板和底板的正应力在中腹板部位均大于边腹板部位。(2)连续梁跨中截面各腹板处顶、底板纵向正应力沿横截面的分布趋势和简支箱梁跨中截面大体相似。但是对于满跨均布荷载的支座截面边腹板部位底板正应力大于中腹板部位底板处正应力值,二者在本算例中相差约12.91%。(3)单箱三室箱梁受竖向对称荷载时,竖向剪力在中腹板中分配的较多,而在边腹板中分配的较少;连续箱梁结构设计中考虑跨中截面和支座截面的顶、底板应力的差异,以此来确定有效翼缘分析宽度是很有必要的。(3)研究了单箱三室截面箱梁合理加劲杆数量。求解了三种加劲杆数量工况下简支箱梁跨中截面应力,与板壳数值解对比表明:随着截面加劲杆数量的增加,求解精度愈高且无限接近有限元结果。(4)推导了双索力对称作用在单箱三室箱梁腹板部位时的剪力滞效应分析理论。索力可以分解为轴向力和竖向集中力,轴力产生的应力通过比拟杆均匀承担,而竖向对称集中力通过分解可以得出有纵向变形模式、扭转模式及畸变翘曲模式三种。基于截面整体弯曲剪力流及剪力流平衡条件将截面截开,推导了单室截面等效荷载计算公式,建立了约束扭转翘曲应力和畸变翘曲应力计算公式。(5)索力作用下,单箱三室箱梁截面正应力是组合应力,包括了纵向正应力、约束扭转翘曲应力、畸变翘曲应力及轴应力。(6)基于试验研究了双索力作用在单箱三室箱梁腹板部位时的剪力滞效应。制作了单箱三室有机玻璃模型,设置了五种加载试验。通过板壳解、理论解及试验解三者的对比得出:(1)理论解、试验解及板壳解三者沿着横截面正应力分布趋势一致,结果吻合较好,进一步验证了拉索集中力作用下单箱三室箱梁剪力滞效应的理论推导具有一定的可靠性和适用性。(2)当索力作用在单箱三室箱梁腹板与翼板交接部位时,翼板正应力应力沿横截面分布差异较大,索力作用截面尤为突出。沿着跨度方向和截面横向一定范围之内拉索集中力效应逐渐减小。
【关键词】：单箱三室截面箱梁 双索力 剪力滞效应 有限元 试验研究
【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;U446
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 前言10-11
• 1.1.1 斜拉桥概述10
• 1.1.2 箱梁特点及发展10-11
• 1.2 剪力滞效应的产生及分析方法11-12
• 1.2.1 剪力滞效应的产生及影响11
• 1.2.2 主要分析方法11-12
• 1.3 论文研究背景及意义12-13
• 1.4 本主要研究内容13-15
• 2 单箱三室截面箱梁剪力滞效应的比拟杆分析方法15-31
• 2.1 单箱三室箱梁截面加劲杆面积公式推导15-18
• 2.1.1 加劲薄板等效模型的建立15-16
• 2.1.2 箱梁翼板等效系数的推导16-17
• 2.1.3 比拟杆面积公式的推导17-18
• 2.2 剪力滞效应微分方程推导18-21
• 2.2.1 加劲杆静力方程的建立18-19
• 2.2.2 翼板剪力滞效应控制微分方程19-21
• 2.3 边界条件21
• 2.4 腹板剪力流分配21
• 2.5 剪力滞效应控制微分方程组的求解21-23
• 2.5.1 R语言表述21
• 2.5.2 R语言求解剪力滞微分方程组21-23
• 2.6 算例分析23-28
• 2.6.1 算例概况23-24
• 2.6.2 简支箱梁的剪力滞效应分析24-25
• 2.6.3 连续箱梁的剪力滞效应分析25-27
• 2.6.4 精度分析27-28
• 2.7 不同杆数对精度的影响分析28-30
• 2.7.1 分析工况28-29
• 2.7.2 不同杆数比拟结果及分析29-30
• 2.8 本章小结30-31
• 3 索支撑单箱三室箱梁纵向弯曲时的局部扭转效应31-55
• 3.1 索支撑单箱三室箱梁的纵向弯曲变形模式31-34
• 3.1.1 受力分解31-33
• 3.1.2 空间变形模式33-34
• 3.2 以截面剪力流平衡为基础的局部扭转效应计算34-49
• 3.2.1 单箱三室箱梁弯曲剪力流34-40
• 3.2.2 基于剪力流平衡条件的局部扭转荷载计算40-47
• 3.2.3 单室截面局部扭转等效荷载计算47-49
• 3.3 考虑局部扭转的截面纵向弯曲应力49-54
• 3.3.1 应力组成49-50
• 3.3.2 剪力滞弯曲应力50-51
• 3.3.3 局部扭转、畸变翘曲应力及横向弯曲应力计算51-54
• 3.4 本章小结54-55
• 4 索支撑下单箱三室箱梁剪力滞效应的试验分析55-71
• 4.1 试验目的55
• 4.2 试验内容55-57
• 4.3 模型设计57-59
• 4.3.1 单箱三室箱梁有机玻璃模型57
• 4.3.2 测点布置57-58
• 4.3.3 加载模型构造设计58-59
• 4.4 模型试验59-63
• 4.4.1 加载方案59-63
• 4.5 结果对比63-69
• 4.6 结果分析69-70
• 4.7 本章小结70-71
• 5 结论及展望71-74
• 致谢74-75
• 参考文献75-78
• 附录A 单箱三室箱梁剪力滞效应微分方程组R语言求解程序78-80
• 攻读学位期间的研究成果80

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本文编号：909011