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双箱单室曲线波形腹板钢箱—混凝土顶板组合箱梁剪力滞效应分析

赵竑宇  
【摘要】:目前,国内对直线波形钢腹板组合箱梁这种结构的剪力滞效应研究较多,但对于双箱单室曲线波形腹板钢箱—混凝土顶板组合箱梁这种新型结构的剪力滞效应研究还较少,因此对其进行研究是很有意义的。双箱单室曲线波形腹板钢箱—混凝土顶板组合梁桥在受竖向对称力时,受初曲率等一系列因素影响,其截面上的纵向正应力分布情况会较为复杂,为了解其变化规律,本文分别利用理论法和有限元法对曲率为零以及小曲率的此类组合箱梁的正应力分布及剪力滞效应进行分析,其主要内容及研究结果如下:(1)针对直线双箱单室波形腹板钢箱—混凝土顶板组合箱梁桥,以基本假定为前提,令二次抛物线为其翘曲位移函数,通过变分法对其剪力滞控制微分方程进行推导,求得简支边界条件下,该梁在不同荷载工况下的纵向正应力、剪力滞系数、挠度的解析算式。利用推导理论及ANSYS对算例中组合简支箱梁在不同工况下的正应力、剪力滞效应、挠度进行了分析。经分析可知:本文理论法计算结果与有限元计算结果误差较小,验证了二者的正确性;不同对称竖向荷载作用时,翼板正应力的峰值点均位于腹板位置,且集中力加载时的剪力滞效应较均布荷载加载更明显;在使用理论法分析该类组合箱梁挠度时,应计入剪切变形这项影响因素。(2)为方便分析双箱单室曲线波形腹板钢箱—混凝土顶板组合箱梁的剪力滞效应,本文先对该类直线组合箱梁扭转效应进行了分析,建立微分方程,为之后该类曲线组合箱梁的理论推导做基础。在此之后,本文在考虑了弯曲、剪力滞、扭转等因素下,利用能量法对双箱单室曲线波形腹板钢箱—混凝土顶板组合箱梁弯扭控制微分方程进行了推导,并使用伽辽金法结合边界条件求解该微分方程,最后利用推导出的理论算式对该类曲线组合简支箱梁的剪力滞效应进行分析,并建立有限元模型验证本文理论法的正确性。通过对比本文理论解与有限元解可以发现:本文理论计算结果与有限元结果切合度较好,验证了理论推导的合理性;在不同工况下,该梁翼板内、外侧正应力分布不对称,其总体表现为翼板外侧正应力大于对称位置处内侧正应力,且内、外侧箱室各下翼板中心线内侧正应力大于对称位置处外侧正应力;不同荷载作用下,上翼板剪力滞系数最大值总是位于最外侧腹板位置,下翼板剪力滞系数最大值则总是位于外侧箱室的内侧腹板位置;均布荷载加载时梁翼板整体剪力滞系数变化较集中力加载时更明显。(3)建立双箱单室曲线波形腹板钢箱—混凝土顶板组合连续箱梁的有限元模型,分析不同工况下梁跨中的应力及剪力滞系数分布情况,并将ANSYS值与本文理论值进行对比。对比结果表明:ANSYS值与本文理论计算结果切合较好,其误差在工程精度范围内;且在不同荷载作用下,曲线组合连续箱梁的内外侧正应力以及剪力滞系数的发展规律同曲线组合简支箱梁大致相同。(4)基于有限元软件,分别研究了曲率半径及横隔板间距对双箱单室曲线波形腹板钢箱—混凝土顶板组合简支箱梁剪力滞效应的影响。结果发现:在同等跨径下,梁曲率半径越小,其翼板内、外侧正应力差距就越大,对算例而言,当曲率半径取400m及以上时,其剪力滞系数与直线梁近乎相等,可按直线梁进行计算;横隔板的合理布置可以有效重新分配应力,减小剪力滞效应。


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