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单箱双室钢箱梁考虑纵向加劲肋的剪力滞效应研究

李鹏东  
【摘要】:随着我国基建事业的发展与进步,桥梁工程作为公路的重要组成部分也得到了迅速发展,交通流对桥宽的要求也越来越高,单箱双室甚至单箱多室箱梁开始大量出现。与此同时,伴随着工程工业化的推进,薄壁钢箱梁被大部分桥梁工程所选用,相对于混凝土箱梁,具有良好的承载能力,跨越性能好且质量可靠性高。单箱双室钢箱梁在承受外力时,其腹板剪力流会出现差异,导致与单箱单室箱梁的应力分布规律有较大差异,因此,有必要对其开展研究。本文针对截面设置纵向加劲肋构造的单箱双室钢箱梁,通过理论研究和有限元数值模拟,较为全面地分析了考虑纵向加劲肋情况下单箱双室钢箱梁的剪力滞问题。论文研究的主要内容及结论如下:(1)基于能量变分法,利用等效换算截面,针对考虑纵向加劲肋的单箱双室钢箱梁,考虑各翼板间剪力滞翘曲位移的差异,并结合全截面轴力自平衡条件,选取二次位移函数为箱梁各翼板的剪滞翘曲位移函数,建立了单箱双室钢箱梁考虑纵向加劲肋时剪力滞效应的控制微分方程。分别推导了在集中与均布荷载下简支箱梁与悬臂箱梁的剪力滞分布规律。(2)选取单箱双室斜腹板钢箱梁实例,基于ANSYS软件,采用Shell63单元来模拟钢箱梁,对应力进行了数据对比分析。简支梁集中(均布)荷载情况下,采取本文方法可得,边、中腹板处误差分别减少了21.82%(46.27%)和19.7%(44.95%);悬臂梁集中(均布)荷载情况下,边、中腹板处误差分别减少了27.8%(25.5%)和23.1%(26.13%)。由此可知,当考虑纵向加劲肋影响后所得到的应力解析解更加接近数值解。与此同时剪力滞效应变化并不明显,所以在实际工程中采用加劲肋形式的单箱双室钢箱梁是一种有效的做法。(3)针对单箱双室钢箱梁,建立有限元模型,对设置不同加劲肋形式和不同工况下的钢箱梁进行模拟计算,分析其剪力滞规律。研究可得:对剪力滞系数而言,当间距与高度逐渐减小时,剪力滞系数曲线变化幅度增大,表明单箱双室钢箱梁的剪力滞效应越明显。对单箱双室钢箱梁进行不同布载,剪力滞效应出现很大差异,然而峰值均出现在力作用点处,且荷载只作用在中腹板时剪力滞效应最明显。利用研究发现的规律,对今后单箱双室钢箱梁设计及施工建造时面临的问题,提出该注意采取的构造措施及设计要点本文的研究,完善了对截面设置纵向加劲肋构造的单箱双室钢箱梁力学性能的分析,为今后钢箱梁的设计制造提供了参考依据。


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