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斜拉桥扁平钢箱主梁剪力滞效应研究

乔朋  
【摘要】: 流线型扁平钢箱梁的重量轻,抗弯、抗扭、抗风性能良好,已成为近代大跨径和特大跨径斜拉桥最常采用的主梁截面形式。这种新型主梁结构的高宽比更小,剪力滞效应也更加显著,本文结合前人剪力滞效应的研究成果,对斜拉桥单箱三室扁平钢箱梁的剪力滞效应进行了系统的研究。 (1)介绍了Reissner能量变分法和多杆比拟法计算单箱三室矩形截面主梁剪力滞效应的方法,并提出在多杆比拟法中考虑横隔板和荷载横向位置影响的分析方法;将扁平钢箱梁截面进行标准化处理,利用叠加原理或肢解法得到了承受弯压荷载的超静定斜拉桥主梁剪力滞效应的分析方法。通过与有限元法分析结果的对比证明,文中方法可以近似计算考虑剪力滞效应时扁平钢箱梁斜拉桥主梁的应力。 (2)利用有限元法建立不同设计参数的扁平钢箱梁板壳模型,对各种尺寸参数、桥面横坡以及荷载横向作用位置的影响进行了对比分析。结果发现,宽跨比对主梁剪力滞系数的影响最为显著,其次是中纵隔板的厚度和间距,其它几何参数影响可忽略不计;横坡的影响体现在对截面正应力的影响,对主梁剪力滞效应几乎没有影响;而荷载不同横向作用位置的影响仅局限于作用位置附近区域。根据上述规律,利用最小二乘法,通过回归分析得到了扁平钢箱梁剪力滞系数的实用计算公式,是本文的一个创新点。文中实用计算公式与有限元分析结果误差较小,可供工程计算参考。 (3)利用杆单元和壳单元的混合有限元法,以杭州湾跨海大桥北通航孔斜拉桥和济南黄河大桥主桥斜拉桥为实例,对不同施工阶段的结构进行分析计算,得到了不同施工方法和施工阶段主梁剪力滞效应沿纵向的分布规律,并提出将主梁划分为主塔和主墩永久支座附近区域Ⅰ、初等梁理论最大正应力附近标准梁段区域Ⅱ(包括斜拉索锚固面附近区域A和非拉索锚固面附近区域B)、其他应力集中作用区域Ⅲ,建议在设计计算时,针对这3类区域分别建立混合有限元模型进行分析。 (4)为了解极限状态下扁平钢箱梁剪力滞效应的影响,利用有限元法进行了不同荷载作用条件下的弹塑性分析。结果表明:箱梁同一横截面的顶(或底)板横向各部分进入塑性阶段的顺序为:中纵隔板处、边纵腹板处、箱梁中心线处;压弯荷载作用下的箱梁顶、底板屈服的先后,取决于结构的受力条件;在有限塑性变形条件下,外荷载的卸载将使结构出现残余应力,使发生塑性变形的板块中会出现类似负剪力滞效应的情况,而保持弹性工作状态的板块则仍为正剪力滞效应。


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