变截面波形钢腹板应力计算及剪切屈曲承载力研究

发布时间：2017-04-24 18:05

  本文关键词：变截面波形钢腹板应力计算及剪切屈曲承载力研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：波形钢腹板是一种新型钢混组合结构,以其自重轻、预应力效应高、材料使用效率高、结构美观及结构受力合理等优点越来越多的被应用于工程实际中。对于大跨度变截面波形钢腹板PC组合箱梁桥,如何解决高腹板屈曲承载力的问题是提高其跨度首要问题。本文依托兰州市雁白黄河大桥,从变截面波形钢腹板剪应力入手,对波形钢腹板剪切屈曲承载力展开研究工作,主要研究内容如下:1.总结波形钢腹板PC组合箱梁桥的结构及受力特点及国内外对屈曲稳定性的研究现状,介介绍了本文的主要内容、目的及意义;2.从弹性微元段的受力平衡出发结合变截面结构及受力特点,推导得到变截面梁钢腹板剪应力计算公式,分别对悬臂梁算例及实桥算例的钢腹板剪应力进行理论及有限元求解,由于变截面效应的存在截面弯矩在变截面梁段产生的附加剪应力使得其计算结果小于材料力学中剪应力计算公式的计算结果。计算得到两算例的钢腹板沿腹板高度方向的最大剪应力均不在截面重心轴处,悬臂梁算例中该数值沿跨度方向分布随着距根部截面距离的减小而从上缘位置逐渐下移,而波形钢腹板连续箱梁最在边跨侧该数值随距中支座根部截面距离的减小逐渐下移,在中跨侧该数值随距中支座根部截面距离的增大先上移后下移,根据其计算结果可到沿腹板梁高方向剪应力分布均匀。3.计算梁截面参数值对变截面腹板剪应力的影响,得到根部截面梁高及腹板厚度对变截面腹板剪应力影响最大,根部截面及跨中截面梁高与中跨跨中长度的比值对边、中跨最大剪应力的位置影响较大;4.总结了部分科研试验及规范中的屈曲强度计算公式,对选取的实桥算例的钢腹板屈曲强度进行计算,以达到钢板屈曲强度值作为钢腹板的屈曲强度临界值,以此数值计算钢腹板剪应力达到临界屈曲强度值时均布荷载的大小,此荷载值即为最大剪切屈曲承载力,并结合ANSYS分析得到的线弹性屈曲承载力计算结果是理论计算值的4.9倍,说明规范中的屈曲强度计算公式安全、可靠;5.结合钢腹板的屈曲强度、变截面梁剪应力及屈曲承载力计算给出了内衬混凝土的浇筑长度及厚度值,由计算结果得到内衬混凝土的浇筑长度应根据钢腹板达到其屈曲强度时的临界钢腹板高度值确定,内衬混凝土厚度值不宜设置超过50cm,针对兰州市雁白黄河大桥的内衬混凝土厚度建议取20~35cm。
【关键词】：波形钢腹板 临界屈曲强度 剪切屈曲承载力 内衬混凝土
【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
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 概述10-14
• 1.1.1 波形钢腹板PC组合箱梁桥的发展概述10-11
• 1.1.2 波形钢腹板PC组合箱梁桥的结构及力学特性11
• 1.1.3 波形钢腹板PC组合箱梁桥在国外的发展11-13
• 1.1.4 波形钢腹板PC组合箱梁桥在国内的发展13-14
• 1.2 波形钢腹板PC组合箱梁桥钢腹板稳定性国内外研究现状14-16
• 1.2.1 波形钢腹板PC组合箱梁桥钢腹板稳定性国外研究现状15
• 1.2.2 波形钢腹板PC组合箱梁桥钢腹板稳定性国内研究现状15-16
• 1.3 本文研究主要内容16-18
• 1.3.1 问题的提出16
• 1.3.2 主要内容16-17
• 1.3.3 研究的目的及意义17-18
• 2 变截面波形钢腹板箱梁桥腹板剪应力计算18-36
• 2.1 变截面箱梁腹板剪应力计算公式18-20
• 2.2 微分项表达式20-21
• 2.2.1 考虑钢腹板面积的微分项表达式20-21
• 2.2.2 忽略钢腹板面积的微分项表达式21
• 2.3 变截面波形钢腹板箱梁桥腹板剪应力计算公式21-22
• 2.4 算例模型钢腹板剪应力计算结果22-28
• 2.4.1 理论计算24
• 2.4.2 有限元模型计算24-25
• 2.4.3 各截面钢腹板剪应力计算结果25-26
• 2.4.4 沿梁高方向各点钢腹板剪应力计算结果26-28
• 2.5 兰州市雁白黄河大桥钢腹板剪应力计算结果28-34
• 2.5.1 理论计算30-31
• 2.5.2 有限元模型计算结果31
• 2.5.3 钢腹板剪应力计算结果31-32
• 2.5.4 腹板剪应力沿梁高方向分布32-34
• 2.6 本章小结34-36
• 3 影响变截面梁腹板剪应力因素36-50
• 3.1 概述36-37
• 3.2 梁截面参数对变截面梁腹板剪应力的影响37-48
• 3.2.1 顶板宽度37-38
• 3.2.2 底板宽度38-39
• 3.2.3 顶板厚度39-40
• 3.2.4 底板厚度40-42
• 3.2.5 腹板厚度42-44
• 3.2.6 截面梁高44-48
• 3.3 本章小结48-50
• 4 变截面梁钢腹板极限承载力50-64
• 4.1 波形钢腹板弹性范围屈曲计算公式50-53
• 4.1.1 局部屈曲计算公式50-51
• 4.1.2 整体屈曲计算公式51-52
• 4.1.3 非线性局部屈曲计算公式52
• 4.1.4 非线性整体屈曲计算公式52-53
• 4.2 规范中屈曲应力计算公式53-54
• 4.2.1 局部屈曲临界剪应力53
• 4.2.2 整体屈曲临界剪应力53-54
• 4.2.3 合成屈曲临界剪应力54
• 4.3 临界屈曲强度计算54-56
• 4.4 极限剪切屈曲承载力计算56-58
• 4.4.1 理论计算结果56-57
• 4.4.2 有限元计算结果57-58
• 4.5 梁截面参数对钢腹板极限剪切屈曲承载力的影响58-62
• 4.5.1 根部截面梁高59-61
• 4.5.2 腹板厚度61-62
• 4.6 本章小结62-64
• 5 内衬混凝土设置原则64-73
• 5.1 内衬混凝土浇筑长度65-67
• 5.2 内衬混凝土的厚度67-72
• 5.2.1 内衬混凝土厚度对钢腹板剪应力的影响67-69
• 5.2.2 内衬混凝土厚度对波形钢腹板剪切屈曲承载力的影响69-72
• 5.3 本章小结72-73
• 6 结论与展望73-75
• 6.1 结论73
• 6.2 展望73-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 攻读学位期间的研究成果79

【参考文献】

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本文编号：324682