纯扭作用下钢腹杆（板）—混凝土组合箱梁抗扭性能试验研究

论文摘要

钢腹杆—混凝土组合箱梁结构和波形钢腹板—混凝土组合箱梁结构（以下统称为钢腹杆（板）—混凝土组合箱梁）两种新型组合结构具有自重小,造型美观,施上方便等优点。本文主要进行了纯扭作用下这两种组合箱梁抗扭性能的试验与理论研究,进行的主要工作和得到的主要结论有：（1）进行了纯扭作用下钢腹杆—混凝士组合箱梁和钢腹板—混凝土组合试验梁的扭转性能试验。试验结果表明,在纯扭作用下两种试验梁的抗扭性能基本一致,在加载初期,组合梁扭矩与扭率基本呈线性增长,此时结构抗扭刚度较大；当扭矩接近开裂扭矩时,结构刚度开始急剧降低,扭矩-扭率曲线呈现非线性增长,结构抗扭刚度不断下降,直至结构整体破坏。（2）运用有限元通用程序ANSYS,建立了钢腹杆（板）—混凝土组合箱梁有限元计算模型,有限元计算结果与试验结果基本吻合,验证了有限元模型的正确性；运用验证正确的有限元方法,得到两座实桥标准截面的抗扭刚度、开裂扭矩和极限扭矩。（3）运用有限元和试验相结合的方法,讨论了现有钢腹杆（板）—混凝土组合箱抗扭刚度计算公式的合理性。由于忽略了翼缘板对结构抗扭刚度的贡献,使得采用公式求得的抗扭刚度比试验值低10%以内。（4）参照混凝土箱梁开裂扭矩计算方法,根据试验和有限元分析提出了适合钢腹杆（板）—混凝土组合箱梁开裂扭矩的计算公式。由于计算公式忽略了混凝土顶板开口截面所承当的开裂扭矩,使得采用公式求得的开裂扭矩比试验值小10%以内。由于没有考虑扭矩作用下混凝土抗拉强度的降低,采用日本预应力混凝土技术协会出版的《複合橘设计施工规準》求得的开裂扭矩比试验值大40%左右。（5）采用混凝土箱梁的变角度空间桁架理论,结合组合梁的结构特点提出了适合钢腹杆（板）—混凝土组合箱梁极限扭矩的计算公式。采用公式求得的极限扭矩与试验值较接近,误差在10%以内。（6）以浙江省湖州市应届桥为对象,运用软件Midas/Civil2010建立了有限元模型并进行了结构计算,采用本文提出的抗扭计算公式对该桥的开裂扭矩和极限扭矩进行的验算表明该桥的抗扭性能满足要求。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 波形钢腹板—混凝土组合箱梁桥
• 1.2.2 钢腹杆—混凝土组合箱梁桥
• 1.3 本文的主要工作
• 第二章 钢腹杆（板）—混凝土组合箱梁纯扭试验
• 2.1 试验模型设计与制作
• 2.1.1 钢腹杆—混凝土组合箱梁
• 2.1.2 波形钢腹板—混凝土组合箱梁
• 2.1.3 试验材料
• 2.1.4 试验梁的制作
• 2.2 测点布置与加载装置
• 2.2.1 测点布置
• 2.2.2 加载装置
• 2.2.3 加载方式
• 2.3 试验结果与分析
• 2.3.1 波形钢腹板—混凝土组合箱梁
• 2.3.2 钢腹杆—混凝土组合箱梁
• 2.4 本章小结
• 第三章 钢腹杆（板）—混凝土组合箱梁有限元分析
• 3.1 有限元模型
• 3.1.1 单元的选择
• 3.1.2 材料本构关系
• 3.2 与试验结果比较
• 3.2.1 扭矩-扭率曲线
• 3.2.2 扭矩-应变曲线
• 3.2.3 腹杆（板）应变
• 3.3 有限元扩展分析
• 3.3.1 波形钢腹板—混凝土箱梁桥主梁标准截面
• 3.3.2 钢腹杆-混凝土箱梁试设计桥梁主梁标准截面
• 3.4 本章小结
• 第四章 钢腹杆（板）—混凝土组合箱梁扭转计算
• 4.1 抗扭刚度计算
• 4.1.1 波形钢腹板—混凝土组合箱梁
• 4.1.2 钢腹杆—混凝土组合箱梁
• 4.2 开裂扭矩计算
• 4.2.1 混凝土箱梁
• 4.2.2 波形钢腹板—混凝土组合箱梁
• 4.2.3 钢腹杆—混凝土组合箱梁
• 4.3 极限扭矩计算
• 4.3.1 混凝土箱梁
• 4.3.2 波形钢腹板—混凝土组合箱梁
• 4.3.3 钢腹杆—混凝土组合箱梁
• 4.4 算例分析与讨论
• 4.4.1 抗扭刚度
• 4.4.2 开裂扭矩
• 4.4.3 极限扭矩
• 4.5 本章小结
• 第五章 钢腹杆（板）—混凝土组合箱梁扭转设计计算
• 5.1 钢腹杆（板）—混凝土组合箱梁扭转计算方法
• 5.1.1 波形钢腹板—混凝土组合箱梁
• 5.1.2 钢腹杆-混凝土组合箱梁
• 5.2 湖州应届桥的抗扭性能验算
• 5.2.1 工程概况
• 5.2.2 主要材料
• 5.2.3 设计荷载
• 5.2.4 有限元模型
• 5.2.5 结构内力与内力组合
• 5.2.6 开裂扭矩验算
• 5.2.7 极限扭矩验算
• 5.3 本章小结
• 结论与展望
• 研究结论
• 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻读硕士期间参与的科研实践工作