波形钢腹板箱梁扭转效应和畸变效应的分析与模型试验研究

论文摘要

波形钢腹板组合箱梁是一种新型的钢-混凝土组合结构,在日本和法国得到广泛应用。与传统混凝土箱梁相比,该结构具有自重轻、预应力加载效率高、施工周期短、能彻底避免腹板裂缝等优点,因此有着很好的应用前景。本文对波形钢腹板组合箱梁扭转与畸变问题进行了较为系统的研究。（1）以箱梁理论为基础,结合波形钢腹板组合箱梁的特点,采用乌氏第二理论分析了这种结构在偏心荷载的作用下扭转性能及其计算方法。（2）在畸变效应分析中,根据波形钢腹板组合箱梁畸变分析的微分方程与弹性地基梁控制微分方程相似的形式,采用弹性地基梁比拟法结合有限元法求解。（3）通过弹性阶段的模型试验验证了约束扭转和畸变分别采用上述理论计算出的翘曲正应力、扭转剪应力与试验值比较接近。通用有限元程序Ansys的分析结果也能够与试验结果较好吻合,说明此计算方法计算是正确的,而且计算结果是偏于安全的。（4）分析了几何参数对波形钢腹板组合箱梁受力性能的影响,对比设置中横隔板与不设置中横隔板两种情况下的计算结果发现,设置中横隔板能够减小箱梁的畸变效应,因此设置横隔板是减小翘曲正应力的有效工程措施。最后通过几何参数分析的结果,为波形钢腹板组合箱梁的初步设计提出了一些建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 波形钢腹板箱梁结构的出现
• 1.2 波形钢腹板组合箱梁的结构特点以及国内外应用现状
• 1.3 波形钢腹板组合结构的国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 箱梁约束扭转分析和畸变分析的基本理论
• 1.4.1 解析法
• 1.4.2 数值法
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 波形钢腹板箱梁约束扭转的分析
• 2.1 概述
• 2.2 波形钢腹板箱梁约束扭转分析的特点
• 2.2.1 波形钢腹板有效剪切模量Ge
• 2.2.2 波形钢腹板箱梁等效断面
• 2.3 波形钢腹板箱梁约束扭转分析基本方法—乌氏第二理论
• 2.3.1 分析的基本假定
• 2.3.2 纵向位移
• 2.3.3 约束扭转正应力
• 2.3.4 约束扭转剪应力
• 2.3.5 约束扭转微分方程
• 2.3.6 约束扭转微分方程的初参数解法
• 2.3.7 原截面的扭转翘曲正应力和扭转剪应力的计算
• 2.3.8 偏心荷载的等效分解
• 2.3.9 算例
• 2.4 本章小结
• 第3章 波形钢腹板箱梁畸变效应的分析
• 3.1 概述
• 3.2 畸变荷载的分解
• 3.3 等高度波形钢腹板箱梁畸变的微分方程
• 3.3.1 直波形钢腹板箱梁畸变分析的基本假定
• 3.3.2 直波形钢腹板箱梁以挠度w 表示的畸变微分方程
• 3.3.3 直波形钢腹板箱梁畸变方程相关物理量的计算
• 3.3.4 斜波形钢腹板箱梁畸变分析的基本假定
• 3.3.5 斜波形钢腹板箱梁畸变微分方程以及相关物理量的计算
• 3.4 等高度波形钢腹板箱梁畸变翘曲正应力的计算
• 3.5 变高度波形钢腹板箱梁畸变翘曲正应力的计算
• 3.6 横隔板的设置
• 3.6.1 概述
• 3.6.2 波形钢腹板箱梁横隔板的设置
• 3.7 算例
• 3.7.1 算例1
• 3.7.2 算例2
• 3.7.3 算例3
• 3.8 本章小结
• 第4章 波形钢腹板箱梁扭转与畸变的试验研究
• 4.1 概述
• 4.2 试验梁的设计
• 4.3 试验梁的制作
• 4.4 加载方案
• 4.5 测试内容和测点布置
• 4.6 应力计算公式
• 4.7 试验结果与分析
• 4.7.1 有限元分析
• 4.7.2 挠度分析
• 4.7.3 钢腹板的附加剪应力
• 4.7.4 纵向翘曲应力
• 4.8 本章小结
• 第5章 几何参数对波形钢腹板组合箱梁扭转与畸变性能的影响
• 5.1 概述
• 5.2 畸变效应的分析
• 5.2.1 高跨比对畸变效应的影响
• 5.2.2 宽跨比对畸变效应的影响
• 5.2.3 波纹形状对畸变效应的影响
• 5.2.4 波纹板厚度对畸变效应的影响
• 5.3 扭转效应的分析
• 5.3.1 高跨比对扭转效应的影响
• 5.3.2 宽跨比对扭转效应的影响
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢