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钢—混凝土组合箱梁受力性能及空间非线性分析

周凌宇  
【摘要】:基于连续介质力学、薄壁结构力学理论和非线性有限元理论,本文对钢—混凝土组合箱梁主要受力性能进行全面系统的研究,建立相应的有限元计算方法,编制有限元分析程序,进行组合箱梁的模型试验,利用有限元程序研究不同设计参数对组合箱梁受力性能的影响,建立不同设计参数承载力影响系数公式。主要的研究成果如下: (1)建立考虑组合箱梁滑移及滑移与剪切变形双重作用的挠度-滑移理论分析方法。利用最小势能原理导出组合梁挠度和滑移联合微分方程,求解得出考虑滑移和剪切效应时均布与集中荷载作用下的组合箱梁挠度和界面滑移的解析表达式。该方法计算简单,物理意义明确,使薄壁组合箱梁界面滑移、剪切变形效应分析方法纳入广泛使用的矩阵位移法,为组合箱梁的有限元分析奠定基础。 (2)根据连续介质力学和组合箱梁力学行为的特点,建立考虑滑移影响的空间非线性组合箱梁梁段有限元法。其基本思想为视组合箱梁栓钉为连续介质,钢箱梁和混凝土板根据组合梁滑移位移模型分配滑移位移;提出考虑滑移影响的组合箱梁空间位移计算模型;用最小势能原理建立结构单元刚度矩阵和荷载列阵。 (3)利用考虑滑移影响的组合箱梁梁段有限元法,编制组合箱梁空间非线性计算程序。计算结果表明,该单元计算可靠,容易操作且网格划分灵活,适用于大跨度组合箱梁空间非线性计算分析。 (4)进行三榀典型组合箱梁模型试验,进行多工况弹性试验和两点单调加载破坏试验。深入分析组合箱梁在不同荷载作用下的荷载效应、分布规律和空间受力性能等受力规律;探讨组合箱梁典型破坏模式;研究影响组合箱梁破坏的主要因素;验证本文挠度滑移变分解法及空间非线性有限元分析理论和程序的可靠性。 (5)利用本文提出的考虑滑移影响的组合箱梁空间非线性计算程序,对不同剪力连接程度、腹板高厚比、力比和初始不平度的组合箱梁进行计算机仿真分析,得到不同设计参数对组合箱梁承载力、挠度、滑移等力学特征的影响规律,提出相应的影响系数计算公式,对进一步完善我国钢—混凝土组合结构设计规程具有重要的参考价值。


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