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薄壁箱梁考虑剪力滞效应的动力特性研究

吴有俊  
【摘要】:薄壁箱形截面梁具有良好的结构性能而被广泛应用于公路、铁路、城市道路和立体交通枢纽等工程的桥梁中。本文以薄壁杆理论和有限元法为基础,研究了薄壁箱梁在动力荷载作用下的剪力滞。基于能量泛函变分原理,建立了能考虑剪力滞效应的薄壁箱梁的动力分析理论,提出了动力响应的计算方法,探讨了在动力荷载作用下薄壁结构剪力滞效应的变化规律。进一步完善与丰富薄壁结构的动力理论体系,为薄壁结构的设计提供技术依据和理论支持。本文主要取得如下成果: (1)基于Hamilton能量泛函变分原理,考虑箱梁的剪力滞效应,建立了箱梁在动力荷载作用下的力学模型,推导出箱梁的动力微分方程和自然边界条件。 (2)针对简支箱梁,假定动挠度函数,采用偏微分方程的分离法,导出了简支箱梁考虑剪力滞效应的自振频率的解析解。同时探讨了剪力滞效应对自振特性的影响。 (3)针对移动荷载,采用积分变换方法,对动力控制微分方程和边界条件进行Laplace变换,在频域内求得波动解,然后采用Crump逆变换方法,使用数学软件Matlab编程进行数值反演,最后得到时域内各种动态响应。本文方法适用于不同边界条件的动力响应求解,也可以推广应用于变高度薄壁箱梁的动力剪力滞效应分析。 (4)基于有限元理论,建立了考虑剪力滞效应的有限元模型,进行了剪力滞动力效应的数值仿真,并与理论计算结果进行了比较,证明了本文方法的正确性且有较好的计算精度。 (5)利用本文推导的计算理论、方法和计算机程序,研究了简支箱梁的跨宽比(l/2b)、截面位置以及移动荷载速度等因素对剪力滞的影响,并通过动静剪力滞系数的对比,得出了一些有意义的结论。


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