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箱梁桥扭转与畸变应力分析及程序设计

苏贤锋  
【摘要】:箱形截面因其良好的受力特性被广泛应用于各类桥型中。但在营运过程中由于桥梁受弯扭组合作用而发生的开裂现象也越来越多。箱梁是一个受力复杂的空间结构。由于箱梁扭转与畸变计算的繁琐性,在日常工程计算时常采用简化方法将其转化为平面结构进行求解,但过程过于粗糙,不能很好的反映箱梁各部分的受力情况。因此有必要开发一个可以直接计算箱梁扭转与畸变内力的程序,从而直观的观察箱梁的受力后的状态,为设计提供依据。 本文通过对箱梁扭转计算理论以及畸变分析方法进行论述总结,对扭转与畸变单元分别利用4个自由度,采用三次式形函数,根据能量变分原理得到了用于有限元计算的单元刚度矩阵和等效荷载列阵。采用fortran语言编制了扭转与畸变计算的有限元程序,并说明了程序的计算过程,得到的程序可以通过文件输入箱梁截面、材料相关信息,运行后可以通过文件输出相应的内力结果,这样将箱梁扭转与畸变计算变为一维有限元法计算问题。此方法相对比较简单,计算过程思路明确,程序计算效率高,速度快,并对变截面箱梁也有良好的适应性。 通过对算例进行试算,对程序与解析方法的计算结果进行了分析,验证了程序的正确性,并计算出了在偏载作用下的箱梁扭转与畸变的位移和内力大小,比较了其在同等条件下与弯曲应力的比值,与相关文献对比得到了相近的结果。从得到的箱梁不同部位的偏心增大系数结果表明,对于不同截面不同跨径的桥梁,应力偏心增大系数在不同部位是不相同的,因此偏心增大系数经验取值具有一定的局限性,分析箱梁问题时应具体计算以防止局部应力过大现象。


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