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大跨变截面波形钢腹板箱梁横向受力分析

任虹昌  
【摘要】:波形钢腹板PC组合箱梁采用波形钢板取代传统混凝土腹板,具有受力明确、轻型美观、避免腹板开裂等优点;随着跨径增大,其技术经济优势越加明显。近年来,大跨径变截面波形钢腹板箱梁的建设步伐十分迅速,具有良好的推广应用前景。本文利用基于有效分布宽度的弹性框架分析法及畸变横向受力理论对桥面板的横向受力进行了分析,结合实际桥例研究了桥面板控制截面的最大横向拉应力及其沿纵向的变化规律,通过有限元计算对桥面板横向受力的影响因素进行了探讨,主要研究工作如下:(1)对波形钢腹板组合箱梁的发展概况、构造及结构特点做了系统阐述,同时对国内外波形钢腹板组合箱梁的研究及应用现状进行了描述,介绍了波形钢腹板组合箱梁横向受力的研究现状及计算方法。(2)对基于有效分布宽度的弹性框架分析法及畸变荷载作用下桥面板的横向受力进行了分析,并通过算例与实体有限元法对比,验证了弹性框架分析法及畸变横向受力理论解的适用性。(3)以实际桥例为依托工程,利用通用有限元软件ANSYS建立了全桥实体有限元模型。依据实体有限元模型中顶板控制截面的横向应力影响线进行空间实体模型和弹性框架模型的横向最不利加载,获得控制截面的最大横向拉应力及其沿纵向的变化规律,并对比两种模型的计算结果。(4)通过有限元计算对结构体系、腹板刚度、腹板波形形状、顶板厚度、腹板间距、箱形截面形式及横隔板间距等参数对桥面板横向受力的影响进行了分析,得到了桥面板横向受力的主要影响因素。(5)横隔板间距较大时,依据不同参数下弹性框架法和实体有限元法计算值的对比,对顶板跨中截面横向应力的弹性框架计算值提出了一种合理的修正方法;通过大量有限元计算对比,对横隔板间距较小时顶板跨中截面的横向应力与横隔板间距较大时应力的比值提出了一种估算方法。(6)通过理论分析,研究了非线性温度下桥面板的横向温差应力,推导了温差自约束应力和温差框架约束应力的计算公式,并对温差框架约束应力的主要影响因素进行了探讨。


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