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基于精细化分析模型的波形钢腹板箱梁剪力滞效应数值分析

徐鑫  
【摘要】:上世纪末以来,我国建成了大量的大跨径预应力混凝土连续箱梁桥,随着对该类桥梁的养护、检测、监控,发现该类桥梁由于自重大,导致挠度和裂缝随着时间发展的问题比较突出,下挠过大或者是裂缝发展过快明显影响到了桥梁的正常使用。近年来,波形钢腹板混凝土组合箱梁逐渐发展起来,该桥作为一种新型组合结构,充分发挥了钢和混凝土各自材料的优点,以其自重降低的优势,解决了梁体下挠及腹板开裂的问题,具有显著的经济、社会效益。但是国内对于该类桥型的剪力滞效应分析较少,本文用数值模拟的方法分析了不同因素变化对桥梁剪力滞效应的影响,以及传统分析模型及精细化分析模型在剪力滞效应分析方面差异的对比。本文研究的主要内容如下:(1)选取单箱室的简支波形钢腹板预应力混凝土箱梁作为对象,分析集中荷载和均布荷载作用下该类型箱梁的剪力滞效应。用能量变分法推导了跨中截面和其它截面位置顶板应力、剪力滞系数的计算公式。采用一算例计算了顶板的应力、剪力滞系数。(2)采用Midas FEA建立算例中计算的波形钢腹板PC组合简支箱梁的模型,求得在集中荷载、均布荷载作用下箱梁截面上下翼板各位置处的弯曲正应力,计算剪力滞系数,与解析法的结果对比,两方法结果较为吻合,剪力滞系数变化趋势一致。相互印证了有限元法与解析法的正确性。(3)选取顶板厚度、波形钢腹板波形的波高,预应力大小、悬翼比对波形钢腹板预应力混凝土箱梁的剪力滞效应的影响进行了分析。可以看出,在以上四个剪力滞效应的影响因素中,主要影响顶板剪力滞效应的因素为顶板的厚度,而波形钢腹板波形的波高,预应力大小、悬翼比对剪力滞效应的影响并不显著,可忽略不计。(4)依托七里河紫金大桥工程,分析了大跨径波形钢腹板预应力混凝土连续箱梁桥跨中截面和支点截面的剪力滞效应,分别采用桥梁博士和Midas FEA建立杆系单元模型和空间有限元精细化分析模型。选取跨中截面和支点截面作为分析对象,求解剪力滞系数,绘制折线图可以直观的看出,在跨中截面,顶板呈现正剪力滞效应,在支点处截面,顶板呈现正剪力滞效应。


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