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某公路大桥预应力混凝土连续箱梁模型静、动载试验研究与分析

李文华  
【摘要】:本文根据模型试验与结构有限元分析的方法,对某公路大桥的安全可靠性进行了详细的论述。 根据解决问题的需要,所作的模型试验有: (1)测试有机玻璃模型的弯曲正应力、剪应力、剪力滞效应和箱梁梁肋荷载横向分布系数; (2)测试有机玻璃模型的刚性扭转和畸变效应; (3)测试有机玻璃模型顶板纵向、横向荷载有效工作宽度; (4)测试有机玻璃模型载荷在工作宽度范围内的横向框架弯矩: (5)有机玻璃模型的动力响应试验。 结构分析内容:对试验内容各项应用线形有限元程序作对比分析。 本文首先从模型设计的相似原则出发,论证了结构模型的特点:包括模型材料、几何尺寸的选择,荷载相似常数的大小、材料刚度的相似要求及对本试验研究的影响,基本满足模型相似的原则要求,并运用弹性力学的平衡方程推算出各相似常数之间的关系,通过模型试验结果推算实际桥梁结构的各项性能指标提供依据。通过对模型材料的各项性能指标进行了详细的试验,为分析试验和有限元计算结果的可靠性提供必要的依据。进而为论证实际桥梁的安全可靠奠定基础。 在模型的设计、制造与安装过程中,按几何相似原理设计了连续箱梁的有机玻璃模型,各方向上的线性尺寸均按1/35缩小。有机玻璃材料的性能试验中,根据模型材料受温度变化影响明显的特点,测试了受拉弹性模量随温度变化的关系,波松比、原材料及其粘结强度以及加载变形时间效应,在弹性模量测试过程中,因其受温度变化影响较明显,故在试验时应维持室温稳定不变,并运用线形回归分析法确定等时线的斜率作为弹性模量E值。在模型的静载试验与分析中,从试验仪器、测点布置与荷载工况、静载试验等方而均进行了详细叙述。在模型的计算过程中,根据该桥的特点,采用Nastrain有限元程序进行计算,将模型分成三角形,四边形板壳单元,横隔梁与刚臂墩化作为实体元,全桥划分 吉林大学硕_卜学位论文 为1014个单元,778个节点。在节点和单元的划分过程中,根据结构模 型和有限元计算的特点,进行了合理的单元划分,为试验结果分析提供 了可靠依据。在实验结果与分析中,运用最小二乘法确定回归直线的系 数,得到了观测值对应点的最佳配合线。通过实测结果,得到了桥梁的 支反力与挠度,箱梁桥的受力特点:包括纵向弯曲产生的竖向变位,畸 变角及由畸变产生的隔板横向弯曲应力,纵向弯曲应力及箱形梁的剪力 滞现象及影响因素,箱梁桥刚性转动效应和截面的歪扭情况,箱形梁在 局部荷载作用的横向内力,桥面板的有效工作宽度,荷载的横向分配分 析。通过相似原理,利用相似常数及其之间的换算关系,得到模型与实 桥的应力、挠度的换算关系、支反力换算关系,进而预测实桥的安全可 靠性。通过模型的各种受力和变形特点,来推测实桥结构的受力变形特 点,为实桥结构设计做一些必要的修正和补充。 在模型的动载试验中,模拟实桥支持状态,利用扫描的方法,用激 振器对模型施加不同频率的激振力,通过示波器找到模型的固有频率。 通过模型做的16种荷载工况下的试验结果表明,支座反力与相应的 外荷载是平衡的,不同级别荷载的实测应力线形良好,说明模型和测点 的质量是好的,测试数据是可靠的。 总之,用模型的的实验结果和模型的计算结果加以对比,预测了该 桥实用性和经济可靠性。 关键词:应力模型结构分析挠度横向分布


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