单索面PC斜拉桥主梁剪力滞效应分析研究

发布时间：2020-07-28 13:20

【摘要】：在桥梁结构设计中,由于箱形梁腹板的剪力流向翼缘板传递滞后,从而使翼缘板存在着剪力滞效应。剪力滞效应引起的应力不均匀性会对箱梁的设计工作带来不利影响,若没有考虑剪力滞的效应,就可能出现一些不可挽回的后果。特别是对于斜拉桥这种复杂的结构体系,在施工过程中随着施工阶段的推进,结构体系不断发生变化,在结构合拢和斜拉索全部张拉完成后,斜拉桥成桥状态的几何线形和内力状况均发生了变化。在成桥阶段,斜拉桥在活载作用下的结构内力是一个复杂的空间问题,在不均匀加载的情况下,存在扭转、畸变等效应,使得受力分析更加复杂,用一般的箱梁计算理论进行分析存在一定的困难。目前工程中采用有效宽度代替翼缘实际宽度的方法考虑剪力滞对箱梁的影响,我国桥梁规范规定了对简支梁、连续梁和悬臂梁等特定结构有效宽度的计算方法条款,但没有明确对斜拉桥设计的规定。国外规范虽然对翼缘有效分布宽度有详细的规定,但也没有适用于斜拉桥主梁的条文,说明对于这种复杂结构的剪力滞有待进一步的研究。本文以富民桥为工程背景,对单索面PC斜拉桥主梁剪力滞效应进行了系统研究,在数值分析和模型试验的基础上,进行对比。通过能量变分法和比拟杆法对箱梁剪力滞效应进行了分析,提出在压弯荷载作用下,单索面斜拉桥主梁截面受力复杂、主梁截面剪力滞系数与弯矩和轴力的比值有关。依据相似理论,对单索面PC斜拉桥主梁剪力滞效应进行全桥施工阶段受力情况全过程模拟及成桥后模型试验研究。在模型实验的基础上,用大型有限元软件对富民桥进行全桥三维有限元分析,研究施工过程中结构自重、斜拉索索力、施加挂蓝等荷载作用下的主梁截面应力特性及剪力滞效应。对比模型试验结果及数值计算结果,提出在单索面斜拉桥成桥阶段分析中,采用规范规定的有效翼缘宽度的取值来考虑主梁剪力滞效应的平面杆系分析方法是合理的,数值分析结果是可靠的；确定了施工阶段张拉索力时,拉索张拉区域剪力滞效应明显、远离拉索作用点过渡为普通弯曲箱梁腹板与翼缘交界处剪力滞突出的特点,施加挂篮荷载时,主梁截面产生负剪力滞效应。通过数值分析,确认了单索面斜拉桥施工阶段平面分析中,采用现行桥规有效翼缘宽度取值来考虑主梁剪力滞效应的方法存在一定问题,提出了应对不同位置的梁段采用不同的剪力滞系数进行结构分析。
【学位授予单位】：东北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：U441;U448.27
【图文】：

截面,单位,漂浮体系,边主梁

图１．１双主肋截面（单位：ｍ）逡逑Ｆｉｇ．邋１．１邋旦ｉｌａｔｅｒａｌ邋ｒｉｂ邋ｓｅｃｔｉｏｎ邋（Ｕｎｉｔ：邋ｍ）逡逑

箱形截面,单位

切变形来实现的。剪力流在腹板与上、下缘的交界处达到最大，向翼缘板传递的过程中，逡逑由于上、下缘的剪切变形，所Ｗ向板内传递的剪力流会逐渐减小。因此剪切变形在上、逡逑下缘的分布是不均匀的，从而使弯曲的法向正应力在横向分布呈曲线，如图１．４。这种由逡逑于腹板的剪力流向翼缘板传递滞后而引起翼缘板的法向正应力不均匀分布的现象，称为逡逑剪力滞后效应。对腹板与翼板交界处的纵向正应力大于按照初等梁理论计算的正应力逡逑时，为正剪力滞效应，如图１．４ａ，否则为负剪力滞效应，如图１．４沪３１。逡逑ｆ＼邋＾邋Ｗ逦ＩＩ逡逑，逦、逦．逦、逦彷等《理论逡逑ｋ．邋１１，１，１，，邋Ｉ，邋Ｉ邋ｋ邋＾逦１１逦１１１１１逦＾逡逑Ｌｌｌｌｌｌｌｌ邋川山逡逑（ａ）逦（ｂ）逡逑W１．４箱形梁截面的正应力分布逡逑Ｆｉｇ．邋１．４邋Ｔｈｅ邋ｓｔｒｅｓｓ邋ｄｉｓｔｒｉｂ山ｉｏｎ邋ｏｆ邋化ｅ邋ｂｏｘ邋ｂｅａｍ邋ｓｅｃｔｉｏｎ逡逑为了方便了解箱形梁剪力滞的影响程度，工程上引入Ｔ剪力滞系数逡逑考虑剪切变形所求得的法向应力逡逑＝按初等梁理论所求得的法向应力逦（１．１）逡逑NB是反应剪力滞效应大小的指标，用；Ｕ表示翼板与腹板交界处的剪力滞系数，用逡逑义Ｃ表示翼板中点处的剪力滞系数。当NB邋ｅ＞ｌ邋（或NB。＜１）时，称之为正剪力滞效应，反逡逑之称之为负剪力滞效应。逡逑对于复杂的结构

形梁,翼缘,宽度,有效翼缘宽度

１．４．５日本设计规范关于有效翼缘宽度的规定逡逑Ｔ形梁受压时有效翼缘宽度，做如下规定：逡逑（１）受弯构件验算时，受压侧翼缘的有效宽度扣按（ａ）或化）求算，如图１．９逡逑所示。逡逑逦＾＾逦逡逑／／８邋｜ｆｃ邋ｂｙ＞邋ｂ＼邋／／８逦／／８邋｜ｆｃ邋占邋１逡逑（ａ）两侧有板时逦（ｂ）单侧有板时逡逑图１．９邋Ｔ形梁受巧翼缘的有效宽宽度逡逑Ｆｉｇ．邋１．９邋Ｔｈｅ邋ｅｆｆｅｃｔ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ邋ｆｌａｎｇｅ邋Ｗ地ｈ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋Ｔ邋ｂｅａｍ逡逑（ａ）

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