剪切变形对波纹钢腹板组合箱梁挠度影响研究

论文摘要

波形钢腹板PC箱梁结构是一种新型的钢-预应力混凝土组合结构,由于其自身的诸多优点应用日趋广泛。但由于这种结构腹板特有的折叠形状,抗剪刚度要在钢板剪切模量的基础上进行折减,而剪力几乎全部由腹板来承担。这样一来,产生的剪切变形会较大,对挠度的影响较之以往结构形式的梁也更大。所以本论文依托山东省交通科技项目（2005Y017）和湖南省交通科技项目（200706）,较为深入的研究剪切变形对波纹钢腹板组合箱梁桥挠度的影响,这对此类桥梁设计、施工中的挠度控制都具有重要意义。本文对波纹钢腹板组合箱梁桥的受力特点与构造进行了简要的说明,总结了目前各种计算波纹钢腹板组合梁考虑剪切变形影响的挠度计算方法。其中,李宏江、叶见曙等专家推导的公式相对简单、实用。并通过实例验证了此公式不仅适用于简支梁,还适用于连续梁。以南宁（坛洛）至百色高速公路上的一座波纹钢腹板预应力组合简支箱梁桥（跨径40m）为原型,通过变化基于此实桥的1：4缩尺试验梁的边界条件和加载条件,对比测量值、理论值（考虑剪切变形及不考虑剪切变形）和ANSYS有限元分析值,发现在对称荷载作用下,剪切变形对波纹腹板组合梁挠度的影响较小,用经典的初等梁理论公式即可较为精确地模拟实际梁的变形。而在偏载作用下,梁挠度的变形会大于梁在对称荷载作用时的变形,且此时初等梁理论的计算值与实际值相比会偏小,不安全,这时就必须要考虑剪切变形对梁挠度的影响。用空间有限元分析软件ANSYS 10.0、MIDAS模拟试验梁,变化各种参数,通过跨中挠度值的比较,研究不同参数对波纹腹板组合梁挠度的影响程度,和这些参数变化时由剪切变形引起的挠度的变化规律。结果表明：腹板的波折角度、直板段长、腹板厚对波纹腹板组合箱梁挠度的影响甚微,高跨比、抗弯、抗剪刚度比值及横隔板的设置影响较大；腹板波折角及直板段的变化对由剪切变形引起的挠度（即考虑剪切变形与不考虑剪切变形挠度值之差）影响较小,而腹板厚、箱梁截面高宽比和高跨比对之影响较大。沿用李宏江、叶见曙推导挠度公式的思路,推导出组合梁在横向水平荷载作用下的变形计算公式。并用ANSYS10.0对试验梁进行分析,证明理论公式的正确性,并发现腹板对组合梁的横向变形影响很小。用ANSYS分析实桥-河南桃花峪连续梁桥在横向水平荷载作用时,不同边界条件下的变形值,并同常见的混凝土腹板连续梁桥变形做对比,发现：虽然波纹钢腹板组合箱梁桥的抗弯刚度有所减小,但对梁桥的横向变形影响有限,波纹腹板组合箱梁桥与通常的钢筋混凝土桥梁的横向挠度变形相差并不悬殊,其横向挠度变形已满足规范要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 波纹钢腹板组合梁桥的结构构造
• 1.2.1 纵向立面布置
• 1.2.2 波纹钢腹板的形状
• 1.2.3 体内外混合配预应力束的方式
• 1.2.4 箱梁横截面的构造形式
• 1.2.5 波纹钢腹板纵向连接
• 1.2.6 顶底板与腹板的连接
• 1.2.7 波纹钢腹板与横隔板的连接
• 1.3 波纹钢腹板组合梁的施工方法
• 1.4 波纹钢腹板混凝土组合梁桥的优缺点
• 1.5 波纹钢腹板组合梁桥挠度计算理论国内外发展与研究概况
• 1.5.1 国外研究概况
• 1.5.2 国内研究概况
• 1.6 本文研究内容
• 第二章 波纹钢腹板组合箱梁桥挠度理论
• 2.1 概述
• 2.2 波纹钢腹板的受力特性
• 2.2.1 波纹钢腹板纵向弹性模量
• 2.2.2 波纹钢腹板组合箱梁桥的弯曲能力
• 2.2.3 波纹钢腹板的剪应力
• 2.3 不考虑剪切变形挠度计算方法
• 2.4 波纹钢腹板梁考虑剪切变形影响的挠度计算
• 2.4.1 李宏江、叶见曙推导公式
• 2.4.2 Timoshenko深梁理论
• 2.4.3 基于弹性弯曲理论的推导公式
• 2.4.4 用能量法推导挠度计算式
• 2.4.5 基于板壳有限元计算理论的算法
• 2.4.6 实例分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁试验
• 3.1 概述
• 3.2 试验梁概况
• 3.2.1 试验梁的构造
• 3.2.2 试验梁波纹钢腹板构造
• 3.2.3 预应力钢束构造
• 3.2.4 试验梁材料
• 3.2.5 测点布置
• 3.2.6 加载方案
• 3.3 试验梁有限元模型
• 3.4 试验梁测量值、理论值及有限元分析值的比较
• 3.4.1 工况Ⅰ中试验梁的挠度
• 3.4.2 工况Ⅱ中试验梁挠度
• 3.5 本章小结
• 第四章 波纹钢腹板组合箱梁桥挠度影响参数分析
• 4.1 概述
• 4.2 挠度影响参数分析
• 4.2.1 变化腹板弯折角
• 4.2.2 变化腹板直板段长
• 4.2.3 变化腹板厚
• 4.2.4 变化高跨比
• 4.2.5 变化中横隔板的数目与间距
• 4.3 剪切变形对挠度影响的变化规律
• 4.3.1 变化腹板波折角及直板段长
• 4.3.2 变化腹板厚
• 4.3.3 变化高宽比
• 4.3.4 变化高跨比
• 4.4 本章小结
• 第五章 波纹钢腹板组合箱梁桥在横向水平荷载作用下的变形
• 5.1 概述
• 5.2 理论分析
• 5.3 有限元参数分析
• 5.3.1 试验梁水平位移计算
• 5.3.2 波纹钢腹板各参数对试验梁水平位移影响
• 5.3.3 实例分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 参考文献
• 致谢