波形钢腹板箱梁腹板剪切屈曲及抗剪承载力研究

发布时间：2020-04-30 09:03

【摘要】：波形钢腹板箱梁梁桥是一种新型桥梁形式。本文通过有限元分析计算和试验研究,解决了波形钢腹板箱梁腹板剪切屈曲及抗剪承载力计算方法中的一些问题。本文研究对象为波形钢腹板箱梁中的腹板。在研究中,完整地建立箱梁有限元模型或制作完整箱梁试验模型来研究其腹板的剪切性能则没有必要。通过有限元计算的方法,对实际波形钢腹板箱梁结构作了一定的简化。弹性剪切屈曲强度计算是波形钢腹板研究的一个重要问题,且由于其几何外形和屈曲形式复杂,需考虑几何参数多,精度高且适用范围广的临界应力计算方法成为研究重点。在已有理论研究基础上,借助大量有限元数值模拟结果,依次分析了影响波形钢腹板局部屈曲、整体屈曲临界应力简化计算公式的几何参数,并通过数值计算结果与简化计算方法的对比和参数分析法,提出了更高精度的修正计算公式;在此基础上,进一步分析影响波板合成屈曲和临界应力的关键因素,提出了适用范围较广,综合考虑局部屈曲、整体屈曲以及合成屈曲三种屈曲模式的波板临界应力建议计算式,并给定了计算公式的合理使用范围。经算例比较表明,建议计算公式具有较好的计算精度,为研究波板抗剪承载力奠定了基础。采用试验的方法,研究波形腹板的抗剪性能。通过试验现象得到波形钢腹板几何尺寸与屈曲模态的关系;通过试验数据的处理分析,得到腹板高度上的剪应力分布情况、抗剪极限承载力以及屈曲后承载力与波形钢腹板几何尺寸的关系。探讨了目前各国规范中使用的以及各国学者研究得到的波形钢腹板抗剪承载力计算方法,并对这些常用的计算方法的适用性和局限性做了初步的讨论和分析。以已有理论为基础,结合本文以及世界各国波板抗剪承载力试验数据,通过分析研究,提出了考虑各种剪切破坏相互作用的抗剪承载力计算方法,并给出公式的适用范围。将本文提出的抗剪承载力计算方法与已有常用的几个计算方法进行对比,分析各个计算方法的适用性与局限性。收集世界各地已建波形钢腹板箱梁腹板的几何尺寸,建立非线性有限元模型。将建议公式与有限元结果进行比对,结果表明,公式精度较高。
【图文】：

波形钢腹板,箱梁,腹板

并且有了一定的成果。清华大学、重庆交通大学、湖南大学等少数单位对波形钢腹板箱梁这种结构的钢腹板屈曲强度、弯曲特性等方面进行一的研究。波形钢腹板箱梁这种新型的结构有诸多优点[2]，并且有很大的竞争优与普通混凝土箱梁相比，因为腹板用波形钢代替，自重大幅降低；波形钢腹梁腹板上的弯矩可以基本忽略，而弯矩只由混凝土顶底板承担，波形钢腹板只承担剪力[3]，材料的使用效率大幅提高；普通混凝土箱梁的预应力束一般都在箱梁的内部，不方便桥梁后期的维修和养护，而波形钢箱梁一般使用体外体外束方便更换和修复，利于桥梁后期的养护[4]；和平钢腹板相比，波形钢腹承受更大的剪力，抗剪屈曲强度高，波形钢板只要较小的厚度就可以抵抗相剪力作用。与国内采用较多的槽形截面钢箱梁结合混凝土桥面板相比，钢材较省，，降低了造价。目前，波形钢腹板箱梁的截面形式主要有两种，将两片钢腹板垂直放置，并与混凝土顶底板相连的，称为直腹板式波形钢腹板箱梁 1-1）；将两片波形钢腹板倾斜放置，并与混凝土顶底板相连的，称为斜腹板形钢腹板箱梁（图 1-2）。本文只对直腹板式波形钢腹板箱梁腹板的剪切屈曲剪承载力进行研究。

波形钢腹板,箱梁,斜腹板,经济性能

并且有了一定的成果。清华大学、重庆交通大学、湖南大学等少数单位对波形钢腹板箱梁这种结构的钢腹板屈曲强度、弯曲特性等方面进行一的研究。波形钢腹板箱梁这种新型的结构有诸多优点[2]，并且有很大的竞争优与普通混凝土箱梁相比，因为腹板用波形钢代替，自重大幅降低；波形钢腹梁腹板上的弯矩可以基本忽略，而弯矩只由混凝土顶底板承担，波形钢腹板只承担剪力[3]，材料的使用效率大幅提高；普通混凝土箱梁的预应力束一般都在箱梁的内部，不方便桥梁后期的维修和养护，而波形钢箱梁一般使用体外体外束方便更换和修复，利于桥梁后期的养护[4]；和平钢腹板相比，波形钢腹承受更大的剪力，抗剪屈曲强度高，波形钢板只要较小的厚度就可以抵抗相剪力作用。与国内采用较多的槽形截面钢箱梁结合混凝土桥面板相比，钢材较省，降低了造价。目前，波形钢腹板箱梁的截面形式主要有两种，将两片钢腹板垂直放置，并与混凝土顶底板相连的，称为直腹板式波形钢腹板箱梁 1-1）；将两片波形钢腹板倾斜放置，并与混凝土顶底板相连的，称为斜腹板形钢腹板箱梁（图 1-2）。本文只对直腹板式波形钢腹板箱梁腹板的剪切屈曲剪承载力进行研究。
【学位授予单位】：重庆交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441

【参考文献】