正常使用阶段波形钢腹板曲线组合梁弯扭效应分析

发布时间：2020-03-23 01:34

【摘要】：波形钢腹板组合箱梁由于其重量轻、梁的受力更加合理等特点越来越被国内外所重视。然而对于波形钢腹板曲线组合梁的相关研究仍很少,故本文依托国家自然基金资助项目《隔板式曲线组合梁桥弯扭作用机理及横隔板影响效应研究》(51108281),针对波形钢腹板曲线组合简支梁的弯扭效应进行了相应的理论研究、参数对比分析以及对横隔板合理间距公式的拟定。本文的主要内容包括有:(1)考虑到曲线梁的“弯扭耦合”效应,在弯矩、剪力和扭矩的作用下计算出弯曲、扭转、剪切和畸变应变能以及外力势能,并运用最小势能原理来推导出波形钢腹板曲线组合简支梁的弹性控制微分方程组。通过方程组便可求解出竖向挠度、扭转角、扭转翘曲位移和畸变角等各种弯扭变形以及双力矩、正应力和剪应力等弯扭效应。(2)考虑曲线圆心角和计算跨度等对竖向挠度、扭转角等弯扭变形和扭转翘曲位移、双力矩等弯扭效应的影响。(3)运用ANSYS有限元软件对理论所得的解析解结果进行进一步的验证。建模结果表明,两种方法得出的结果很接近,规律一致,从而说明解析解推导的控制微分方程可以认为是正确的。(4)运用M/R法将曲线梁转换为直线梁,对其分别加载竖向荷载、刚性扭转荷载和畸变荷载。针对跨度、跨径比、波纹类型和横隔板等因素,来进行其对曲线梁畸变效应影响的分析。经过分析可以得出,曲线梁的跨度、跨径比和横隔板数量对其畸变效应的影响较大,而波纹类型却对其畸变效应的影响很小。(5)由于波纹类型的影响较小,故忽略波纹类型因素的影响,仅考虑曲线梁的跨度、跨径比和横隔板数量对波形钢腹板曲线组合梁畸变效应的影响,拟定了在使用阶段中波形钢腹板曲线组合简支梁合理的横隔板间距公式。
【图文】：

曲线,单元模型

本章主要使用 ANSYS 有限元软件建立相关的有限元模型。在不同因素和不同条件下，对建立的有限元模型进行弹性阶段受力分析，以期与第二章中的理论推导结果相比较，并找出其中规律，为以后相关工程等提供有力的理论依据。3.1 有限元模型的建立在 2.3 算例中，给出了一种梁的截面参数以及计算跨度、曲线圆心角等。首先需对曲线梁进行 ANSYS 有限元模型的建立。(1) 定义材料属性。混凝土材料的密度为3 32.6 × 10 kg/m，弹性模量为43.45 × 10 MPa，泊松比为 0.166 7。波形钢腹板的材料密度为3 37.85 × 10 kg/m，弹性模量为52.06 × 10 MPa，泊松比为 0.3 。(2)选择单元。建模时，将坐标原点建在顶板上表面中心处。曲线梁顶底板即混凝土板，采用的是 Solid45，实体单元；而钢腹板则采用的是 Shell63，弹性壳单元。另外，在本章所建立的模型中，顶板和腹板、腹板和底板在连接处共用同一个节点，，并没有考虑相对滑移。

波形,横隔板,关键点,隔板

该曲线梁模型有两种坐标系，直角坐标系是为了方便建立关键点以及复制关键点，减小土板和波形腹板，分别为建立体和面，分别赋隔板和中横隔板。端横隔板分别在梁的两端隔板尺寸为 4 m×1 m×0.5 m。
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441

【参考文献】