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薄壁箱梁剪力滞效应及其对桥梁行为影响的研究

王慧东  
【摘要】: 箱形截面优美的外形、良好的力学性能及构造功能,使得其被广泛地应用于桥梁工程上,然而,薄壁箱形梁在纵向弯曲时会产生剪力滞后效应,即剪力滞效应,不考虑剪力滞效应的影响,将会导致桥梁结构较高的安全风险甚至坍塌。剪力滞效应做为一个经典课题,国内外学者从20世纪20年代就开始研究,至今已有几十年的历史,尽管取得了一些成果,并且这些成果已部分地反映在各国的桥梁规范中,但亦有许多问题尚未得到解决。20世纪中叶的几次重大桥梁坍塌事故,引起了桥梁学者对箱形梁剪力滞效应的再次关注,从而开始了进一步的探讨与研究。 本文阐述了箱形梁的受力特点、薄壁箱形梁剪力滞后效应的概念及目前解决剪力滞问题的主要理论和方法,探讨了这些理论和方法的适用性和局限性。导出了压弯荷载共同作用下箱梁剪力滞效应的三杆比拟杆法控制方程,并给出了边界条件;导出了简支梁和悬臂梁在竖向均布荷载及竖向集中荷载与轴向力共同作用下考虑剪力滞效应的正应力计算公式,将简支梁和悬臂梁在竖向均布荷载及竖向集中荷载作用下考虑剪力滞效应的正应力计算公式与在竖向均布荷载及竖向集中荷载与轴向力共同作用下考虑剪力滞效应的正应力计算公式统一起来,并将压弯荷载共同作用下箱梁剪力滞效应计算推广到多杆比拟法中,给出了控制方程;导出了压弯荷载共同作用下箱梁剪力滞效应的变分法控制方程,并给出了边界条件;导出了简支梁和悬臂梁在竖向均布荷载竖向集中荷载与轴向力共同作用下的考虑剪力滞效应的正应力计算公式及挠度计算公式,将简支梁和悬臂梁在竖向均布荷载及竖向集中荷载作用下的考虑剪力滞效应的正应力及挠度计算公式与在竖向均布荷载竖向集中荷载与轴向力共同作用下考虑剪力滞效应的正应力计算公式及挠度计算公式统一起来;用比拟杆法、变分法对压弯荷载共同作用下箱梁的剪力滞效应进行了研究。本文亦就悬臂梁中产生的负剪力滞进行了阐述,并分析了影响悬臂梁负剪力滞效应的因素。 最后,对几座典型桥梁应用规范的方法、三杆比拟法、最小势能原理的成果和有限元法进行分析与对比研究,得出了一些结论,基于这些成果对箱形梁的设计给出了一些建议。


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