变截面波形钢腹板组合箱梁变形分析

发布时间：2020-06-19 13:04

【摘要】：波形钢腹板组合箱梁桥是利用波形钢腹板代替传统混凝土腹板的新式桥型,该桥型凭借其美观的外形,合理的受力方式,高效的施工方法,良好的经济性等特点,近年来在国内得到了快速的发展。本文针对变截面波形钢腹板组合箱梁的弯曲和剪切变形计算问题进行了研究。论文首先研究了基于Timoshenko梁理论和基于实体-壳单元有限元理论的两种变形计算方法,推导了基于辛普森积分公式的变截面波形钢腹板组合箱梁分别在集中荷载和自重荷载作用下的弯曲和剪切变形计算公式。利用基于辛普森积分公式变形计算方法计算了奉化江大桥最大悬臂单箱单室波形钢腹板组合箱梁在自重荷载和集中荷载作用下的弯曲和剪切变形,定量分析了混凝土顶底板对剪切变形的影响。为了对比分析,论文建立了奉化江大桥最大悬臂状态波形钢腹板梁的梁单元模型和实体-壳单元模型,并将三种变形计算方法的计算结果进行对比研究。与实体-壳单元模型计算的弯曲和剪切变形相比,在集中荷载作用下基于辛普森积分公式方法计算的弯曲和剪切变形误差分别为1.3%和13.4%,梁单元模型计算的结果误差为4.6%和34.1%;在自重荷载作用下基于辛普森积分公式方法计算的弯曲和剪切变形误差分别为2.8%和15.8%,梁单元模型计算的结果误差为5.5%和29.7%。最后,论文基于辛普森积分公式的变形计算方法计算了南淝河单箱三室波形钢腹板组合箱梁最大悬臂阶段在第15号块段荷载作用下的弯曲和剪切变形。建立了南淝河大桥最大悬臂阶段的梁单元模型和实体-壳单元模型并计算弯曲和剪切变形,为考虑预应力钢束对计算结果的影响,利用梁单元模型计算出了预应力钢束对变形的影响值,并将计算结果与实测的南淝河大桥四个悬臂梁15号块段浇筑前后的变形值进行对比分析。结果表明,基于辛普森积分公式方法计算的最大误差为14.21%,基于实体-壳单元模型计算的最大变形误差为11.12%,基于梁单元模型计算的最大变形误差为25.16%。论文结果表明,利用所提方法进行变截面波形钢腹板组合箱梁弯曲和剪切变形计算结果与实体-壳单元模型计算的变形结果以及实测结果吻合良好,计算效率较高,适合波形钢腹板组合箱梁在施工过程中的变形分析计算。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441
【图文】：

组合箱梁,钢腹板,腹板

将截面顶底板与腹板分离，达到改善桥梁力学性能及减轻上部结构腹板重量的目的。图1.1 即为钢腹板组合箱梁构造示意图。图 1.1 钢腹板组合箱梁构造示意图Fig 1.1 Schematic diagram of a composite box girder with steel web虽然该种钢腹板组合箱梁的截面形式可以有效减轻自重和防止腹板开裂，但仍存在下述问题：1）腹板和顶底板固结，且腹板纵向刚度较大，施加在顶、底板的纵向预应力被腹板吸收 20%-25%，一定程度上降低了预应力效率[6]；2）平钢板轴向刚度较大，限制了混凝土顶、底板的收缩、徐变，从而导致混凝土和腹板之间产生应力重分配的现象[7]；

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图 1. 2 波形钢腹板剖面图Fig 1.2 Profiling of the corrugated steel web为克服平钢板腹板的缺陷，可以利用波形钢板替代平钢板的设想。波形钢腹板箱梁桥是由混凝土顶底板与纵桥向波折的钢腹板通过连接件连接的组合结构如图 1.2 所示。波形钢腹板组合箱梁桥充分发挥了钢板自重轻、抗剪能力强，混凝土抗压强度高等特点，有效的将钢、混凝土两种材料结合，优势互补，提高了材料利用率[8-11]。与传统混凝土预应力箱梁结构相比，波形钢腹板组合箱梁是一种更加合理、经济、高效的结构形式。1.2 波形钢腹板组合箱梁结构优缺点与传统预应力混凝土腹板箱梁相比较，波纹钢腹板组合箱梁桥具有以下优点：（1）钢制腹板代替混凝土腹板，可减少结构 25%-30%自重[12]，自重的减轻使得下部结构的工程量相应减小，提高了其抗震性能，减小了地震的激励作用，且与传统混凝土箱梁桥相比，可降低 10%-20%的工程造价；（2）波形钢腹板类似“手风琴”结构形式，在轴向力作用下会产生较大的纵

【参考文献】