基于附加挠度的箱形梁剪力滞效应分析

发布时间：2017-03-28 08:08

  本文关键词：基于附加挠度的箱形梁剪力滞效应分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：薄壁箱梁由于其具有良好的力学性能而在桥梁工程中被广为应用,然而箱梁在荷载作用下会出现剪力滞后现象。国内外很多学者很早就对箱梁的剪力滞效应进行了探索和研究,也获取了一些成果,在一些桥梁的设计中也得到了相应的应用,但是仍有一些问题尚待解决。本论文就剪力滞效应的问题做了如下的研究:(1)本文通过选取剪力滞效应所引起的附加挠度作为广义位移,并定义了新的广义内力和广义翘曲位移函数,将剪力滞效应引起的变形作为一种单独的变形状态来进行分析。运用能量变分原理建立了关于附加挠度的控制微分方程,并以广义剪力、广义力矩、附加挠度及其变化率作为四个初参数,然后根据箱梁的边界条件,给出微分方程的初参数解。(2)分别对简支箱梁、悬臂箱梁和两跨连续梁在均布荷载和集中荷载作用下的附加挠度和广义力矩的计算公式进行推导,分析它们在荷载作用下的挠度和截面应力,并与传统变分法所求得的值进行比较。通过与初等梁理论所求的应力值进行比较,可以得出剪力滞效应对于简支梁和悬臂梁的影响比较小,而对于两跨连续梁的影响较大,不可忽略。使用有限元ANSYS建立简支箱梁、悬臂箱梁和两跨连续梁在均布荷载和集中荷载作用下的模形,并与推导公式的计算值进行比较来验证本文理论方法的正确性。(3)利用附加挠度法对简支梁算例进行计算,并分别分析了集中荷载作用在不同位置时,该荷载作用截面上顶板和腹板交接处的剪力滞系数随宽跨比的变化规律,以及在均布荷载作用下不同截面处剪力滞系数随宽跨比的变化,得出计算截面离约束端越近,剪力滞系数越大,且都随着宽跨比的增大而增大。(4)当集中荷载作用在不同位置时,根据附加挠度法对悬臂箱梁固定端截面处的剪力滞系数进行了计算,分析了其随着宽跨比的变化规律,并得出当荷载作用位置离固定端越近,固定端的剪力滞系数就越大。同理计算了悬臂箱梁在均布荷载作用下不同截面的剪力滞系数,并得到当截面离固定端一定距离时该截面呈现出负剪力滞现象,并随着宽跨比的增大负剪力滞效应也相应的突出。然而无论是集中荷载还是均布荷载其截面的剪力滞系数都随着宽跨比的增大而增大。(5)两跨连续梁分别在集中荷载和均布荷载作用下,利用附加挠度法计算随宽跨比的变化各不同截面处的剪力滞系数,并得出宽跨比越大,剪力滞系数越大。因此,无论是简支梁、悬臂梁还是连续梁,其剪力滞系数都随着宽跨比的增大而增大。
【关键词】：薄壁箱梁 剪力滞效应 附加挠度 广义力矩 初参数法
【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
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 课题的研究意义9
• 1.2 剪力滞效应研究的主要方法9-15
• 1.2.1 解析法9-13
• 1.2.2 数值法13-15
• 1.3 本文的主要研究内容15-16
• 2 箱梁剪力滞产生的原因16-24
• 2.1 箱形梁的受力分析16
• 2.2 箱形梁的弯曲剪应力16-21
• 2.2.1 薄壁构件单元中的剪应力流方程16-18
• 2.2.2 单室箱形截面剪力流18-20
• 2.2.3 多室箱形截面剪力流20-21
• 2.3 箱梁剪力滞的分类21-22
• 2.4 本章小结22-24
• 3 箱梁剪力滞效应的求解24-36
• 3.1 传统变分法对箱梁剪力滞的求解24-29
• 3.1.1 变分法的基本假定24-25
• 3.1.2 基本变分方程的推导25-27
• 3.1.3 翼缘板中的应力及附加弯矩27-28
• 3.1.4 叠加法求解箱梁的剪力滞效应28-29
• 3.2 附加挠度法对于箱梁剪力滞的求解29-35
• 3.2.1 剪力滞广义内力和翘曲应力29-31
• 3.2.2 控制微分方程的建立及其初参数解31-33
• 3.2.3 剪力滞翘曲位移函数33-35
• 3.3 本章小结35-36
• 4 算例分析36-74
• 4.1 简支梁36-47
• 4.1.1 传统变分法对简支梁剪力滞效应的解答36-38
• 4.1.2 附加挠度法对简支梁剪力滞效应的解答38-41
• 4.1.3 简支梁算例分析41-46
• 4.1.4 宽跨比对于简支箱梁剪力滞效应的影响46-47
• 4.2 悬臂梁47-59
• 4.2.1 传统变分法对悬臂梁剪力滞效应的解答47-49
• 4.2.2 附加挠度法对悬臂梁剪力滞效应的解答49-52
• 4.2.3 悬臂梁算例分析52-58
• 4.2.4 宽跨比对于悬臂箱梁剪力滞效应的影响58-59
• 4.3 两跨连续梁59-73
• 4.3.1 传统变分法对两跨连续梁剪力滞效应的解答59-63
• 4.3.2 附加挠度法对两跨连续梁剪力滞效应的解答63-66
• 4.3.3 两跨连续梁算例分析66-72
• 4.3.4 宽跨比对于两跨连续箱梁剪力滞效应的影响72-73
• 4.4 本章小结73-74
• 5 结论和展望74-76
• 5.1 结论74-75
• 5.2 展望75-76
• 致谢76-77
• 参考文献77-80
• 攻读学位期间的研究成果80

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