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波形钢腹板钢—混组合箱梁施工阶段开口钢箱弯扭分析

燕启清  
【摘要】:本文基于Vlasov经典开口薄壁梁理论、薄壁杆件结构力学、Timoshenko梁理论及有限元软件针对波形钢腹板钢-混组合箱梁施工阶段开口钢箱的弯曲扭转性能进行相关探索,主要研究内容及结果如下:(1)以Vlasov经典开口薄壁梁理论为基础,参考Timoshenko梁理论分析剪切变形的思路,推导了考虑剪切变形时开口薄壁梁的位移场,得到了开口薄壁梁仅发生弯曲变形、仅发生扭转变形时的控制微分方程及其剪切变形修正系数。(2)将本文提出的考虑剪切变形影响的开口薄壁梁弯曲分析方法运用到波形钢腹板钢混组合箱梁施工阶段开口钢箱的弯曲分析中,针对腹板纵向刚度对开口钢箱弯曲分析的影响,采用两种方法(考虑腹板纵向刚度和不考虑腹板纵向刚度)对简支边界条件下作用均布线荷载的开口钢箱的弯曲正应力、剪应力、挠度进行分析求解,并与ANSYS计算结果做对比,验证了拟平截面假定在开口钢弯曲分析中的适用性及本文分析方法的合理性。(3)在本文提出的考虑剪切变形时开口薄壁梁的约束扭转分析方法的基础上,参考薄壁杆件结构力学,推导了考虑开口钢箱横隔板效应的约束扭转控制微分方程,并对简支边界条件下承担均布扭矩的开口钢箱的约束扭转进行了分析求解,与ANSYS计算结果的对比显示二者吻合良好。(4)鉴于开口钢箱截面抗自由翘曲扭转惯性矩远小于其主扇性惯性矩,在本文方法(复杂算法)的基础上对开口钢箱约束扭转控制微分方程进行简化,得到了忽略自由翘曲扭距影响的开口钢箱约束扭转简化算法,并对简化算法的计算精度进行了验证。(5)运用能量变分法建立求解曲线开口钢箱弯扭耦合效应的控制微分方程和相应的自然边界条件,采用伽辽金法对其进行求解,并与ANSYS计算值做对比,对比结果显示本文方法计算的曲线开口钢箱挠度、总扭转角、总扭矩与ANSYS计算值吻合良好。基于已验证的ANSYS有限元模型,分析直线、曲线开口钢箱正应力沿梁轴向、径向的分布规律。建立不同圆心角的曲线开口钢箱ANSYS有限元模型计算各控制截面挠度、弯扭耦合正应力、扭转角、总扭矩,并与等跨长直线开口钢箱ANSYS有限元分析模型计算结果做对比,探究曲线开口钢箱弯曲程度对弯扭耦合效应分析的影响。


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