连续刚构—钢管混凝土拱组合桥中箱梁剪力滞效应的研究

发布时间：2020-08-19 20:39

【摘要】：箱形梁截面以其结构自重小、抗弯和抗扭刚度大、整体性好、跨越能力强、适用于多种施工方法,且在施工及使用阶段具有良好的稳定性等优点,在随着我国交通事业的迅速发展中被广泛运用于桥梁工程中。然而,由于箱形梁截面顶、底板剪切变形的存在,使其具有较为显著的剪力滞效应,导致截面顶、底板与腹板交界处产生较大的集中应力,忽略其影响可能威胁桥梁结构的安全。因此,明确剪力滞效应对箱梁的影响对现代桥梁设计具有重要意义。在既往的研究当中,有关箱梁的剪力滞效应的课题有许多学者进行过大量的理论分析、数值模拟以及试验研究,取得了丰硕的研究成果,为箱梁剪力滞效应的进一步研究奠定了坚实的基础。但这些关于箱梁剪力滞效应的研究多局限于简支梁、连续梁、悬臂梁等受力条件较为明确的单箱单室箱梁。因此,本文依托于受力条件较为复杂的连续刚构-钢管混凝土拱组合桥,对其双室箱梁剪力滞效应进行研究。首先,以单箱双室箱梁为研究对象,依据箱梁截面中剪力流的分布规律对箱梁顶、底板及悬臂翼板分别定义不同的剪力滞翘曲位移函数,利用能量变分原理建立考虑其腹板剪切变形的剪力滞控制微分方程,以此为基础分别推导出箱梁在不同边界条件和不同类型荷载作用下剪力滞效应的解析解,并求解出其相应的截面应力、挠度及剪力滞系数。其次,将ANSYS有限元模拟结果同MATLAB程序所计算的本文解析解进行对比,验证了本文解析解的合理性及准确性,并对四种不同剪力滞翘曲位移函数下的精度进行了分析。此外,本文基于有限元模型对影响单箱双室箱梁剪力滞效应的几何参数进行了研究,归纳出不同几何参数对箱梁截面剪力滞效应的影响程度以及其对箱梁剪力滞效应影响的具体规律。最后,本文以亳州特大桥为工程依托,基于Midas Civil和Midas FEA桥梁软件以及现场施工监控,针对亳州特大桥施工阶段及成桥后的剪力滞效应进行了分析。经数值模拟与现场施工监控表明,本文方法具有较高的准确性,为今后的研究及实际工程中剪力滞效应的分析计算提供了一定的依据。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U441
【图文】：

示意图,能量变分法,示意图,箱梁

2 基于能量变分法的单箱双室箱梁剪力滞求解基于能量变分法的单箱双室箱梁剪力滞求解分法是目前工程中计算剪力滞效应使用频率最高的方法之一。提出，假定箱梁顶、底板的纵向位移模式，以梁竖向位移及翼板作为自变量，运用最小势能原理建立相应的控制微分方程，求解。其推导步骤如图 2.1.

简支箱梁,有限元模型,线荷载

图 3.2 简支箱梁有限元模型ig. 3.2 Finite element model of simply supported box gir小为 30kN/m，作为解析解计算时，均分为三份分处。但在利用 ANSYS 数值模拟时，为避免直接作而影响顶板截面正应力的分布，采用将线荷载作免其影响，荷载施加如图 3.3 所示。为消除其他因限元数值模拟当中均不考虑结构自重。

示意图,简支箱梁,均布荷载,示意图

图 3.2 简支箱梁有限元模型Fig. 3.2 Finite element model of simply supported box girder均布荷载大小为 30kN/m，作为解析解计算时，均分为三份分别作用于顶板中腹板与顶板交界处。但在利用 ANSYS 数值模拟时，为避免直接作用于顶板对顶板处产生集中应力而影响顶板截面正应力的分布，采用将线荷载作用位置转移至腹板中部，从而避免其影响，荷载施加如图 3.3 所示。为消除其他因素的影响，在进行理论计算及有限元数值模拟当中均不考虑结构自重。

【参考文献】