波形钢腹板PC组合连续箱梁桥的静动力特性分析研究

论文摘要

波形钢腹板PC组合箱梁桥是20世纪80年代早期出现的一种新型组合结构桥梁,具有自重轻、预应力效率高、施工周期短、造型美观等诸多优点；同时,其独特的结构形式使结构各组成部分受力明确。波形钢腹板PC组合箱梁桥在法国、日本等国家得到了较广泛的研究和应用,目前,波形钢腹板PC组合箱梁桥在我国同样展现出蓬勃的发展前景,其应用范围正逐步向变截面大跨度梁桥扩展,结构更加复杂。现有研究主要集中在波形钢腹板的剪切屈曲和抗弯、抗扭以及截面承载力等工作性能上,包括缩尺模型试验和有限元数值分析也多是集中于波纹板梁或该类组合结构简支梁的受力性能,而对该结构在大跨度连续箱梁的静力分析和动力特性研究较少。本文依托一座在建的大跨度波形钢腹板PC组合连续箱梁桥,采用空间有限元方法,主要研究了波形钢腹板PC组合箱梁在大跨度连续梁桥中的空间受力性能,以及结构参数对动力特性的影响。本文的研究工作表明,波形钢腹板PC组合连续箱梁的自重比一般PC连续箱梁的自重轻20%以上,结构的挠度和应力验算基本满足规范要求；但由于波形钢腹板梁段与混凝土腹板梁段抗弯刚度存在突变,导致抗弯刚度相对较小的波形钢腹板梁段内顶板压应力较大。钢腹板剪应力分布较为均匀,反映出波形钢腹板优良的抗剪能力。对比两者的动力特性发现,波形钢腹板PC组合连续箱梁扭转振动的频率低于一般PC连续箱梁,增加跨间横隔板可以提高结构扭转振动的自振频率,但频率的提高较为有限。值得注意的是,波形钢腹板PC组合连续箱梁桥扭转振动的自振频率仍然远高于其主频,扭转振动的振动模态主要发生在高阶,表明该结构具有相对较高的抗扭刚度。本文工作可为进一步研究和工程实践参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 波形钢腹板PC组合箱梁的发展概况
• 1.2 波形钢腹板PC组合箱梁的结构构造
• 1.2.1 整体构造
• 1.2.2 波形钢腹板
• 1.2.3 体外预应力
• 1.2.4 波形钢腹板箱梁的接合部
• 1.3 波形钢腹板PC组合箱梁的技术特点
• 1.3.1 波形钢腹板PC组合箱梁的技术优势
• 1.3.2 波形钢腹板PC组合箱梁桥的不足之处
• 1.4 波形钢腹板PC组合箱梁的研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 本文的研究内容和技术路线
• 第2章 波形钢腹板PC合箱梁的受力性能
• 2.1 抗弯性能分析
• 2.1.1 波形钢腹板的变形及轴向刚度
• 2.1.2 抗弯刚度与拟平截面假定
• 2.1.3 体外预应力的二次效应和应力增量
• 2.2 抗剪性能分析
• 2.2.1 波形钢腹板的有效剪切模量
• 2.2.2 剪切屈曲验算
• 2.3 抗扭性能分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 波形钢腹板PC组合连续箱梁桥的有限元静力分析
• 3.1 桥梁概况
• 3.1.1 主梁构造
• 3.1.2 波形钢腹板构造
• 3.1.3 施工节段划分
• 3.1.4 材料属性
• 3.1.5 设计技术标准
• 3.2 波形钢腹板PC组合箱梁桥的有限元模型
• 3.2.1 有限元法概述
• 3.2.2 单元选择
• 3.2.3 建模简化
• 3.2.4 空间有限元模型
• 3.3 静力分析
• 3.3.1 计算荷载
• 3.3.2 挠度分析
• 3.3.3 混凝土抗裂分析
• 3.3.4 混凝土压应力分析
• 3.3.5 腹板剪应力分析
• 3.3.6 横隔板受力分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 波形钢腹板PC组合连续箱梁的动力特性分析
• 4.1 结构动力特性的分析方法
• 4.1.1 结构动力学的基础知识
• 4.1.2 结构动力有限元方法
• 4.1.3 特征值的求解方法
• 4.2 波形钢腹板PC组合连续箱梁的动力特性分析
• 4.2.1 与一般PC箱梁的自振特性对比
• 4.2.2 自振特性分析
• 4.2.3 横隔板对箱梁自振特性的影响
• 4.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献