波形钢腹板PC组合箱梁桥腹板几何参数研究

论文摘要

波形钢腹板PC组合箱梁是以波形钢腹板代替混凝土腹板,并采用了箱内体外预应力技术,实现了主梁的轻型化,是一种正在推广的新型桥梁结构形式。以重庆某波形钢腹板PC组合箱梁桥为工程背景,采用大型通用有限元程序ANSYS建立空间有限元模型,对影响波形钢腹板PC组合箱梁受力性能的波形钢腹板几何参数进行了线性及非线性有限元分析,给出了波形钢腹板尺寸设计的参考指标。主要工作包括以下几个方面：1.建立波形钢腹板组合箱梁模型,验证波形钢腹板组合箱梁的两个重要假定：(1)忽略波形钢腹板的纵向抗弯作用,弯矩仅由混凝土顶底板构成的断面抵抗。(2)剪力完全由波形钢腹板承担且剪应力在腹板上均匀分布。2.分析弹性阶段在对称荷载及偏载作用下波形形状(直板段长度、弯折角)及板厚的变化对截面应力的影响。分析结果表明：(1)波形钢腹板几何参数对组合梁挠度的影响很小。(2)无论对称荷载还是偏心荷载作用,减小波形钢腹板直板段长度对改善组合梁的受力性能是有利的。(3)增大弯折角能显著改善结构受力性能。(4)箱梁顶板及底板厚的最大值与波形钢腹板板厚的比值宜取20左右。3.研究国内外关于波形钢腹板局部屈曲、整体屈曲以及合成屈曲的弹性理论公式,以及考虑塑性效应的非弹性范围内的局部屈曲强度和整体屈曲强度经验公式。4.考虑结构初始几何缺陷,并计入材料非线性和几何非线性的影响,对比分析波形形状(直板段长度、弯折角)及板厚的变化对波形钢腹板剪切屈曲应力和屈曲模态的影响。分析结果表明：(1)增大波形板的厚度是提高截面抗剪承载力的有效措施。(2)直板段长度的改变对波形钢腹板极限屈曲应力的影响不大,但为了防止直板发生局部屈曲破坏,直板段长度宜不大于450mm。(3)增大弯折角能显著提高结构的屈曲强度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 波形钢腹板PC组合箱梁桥的发展概述
• 1.2 波形钢腹板PC组合箱梁的结构特点
• 1.2.1 与普通PC箱梁相比
• 1.2.2 与平钢板PC组合箱梁相比
• 1.2.3 波形钢腹板PC组合箱梁存在的问题
• 1.3 波形钢腹板PC组合箱梁国内外研究现状
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.4 本文研究主要内容及技术路线
• 2 波形钢腹板PC组合箱梁的结构体系和基本力学性能
• 2.1 波形钢腹板PC组合箱梁结构体系
• 2.1.1 整体构造
• 2.1.2 纵向立面布置
• 2.1.3 波形钢腹板的形状
• 2.1.4 横隔板构造
• 2.1.5 体外束及锚固构造
• 2.1.6 箱梁横截面的构造形式
• 2.1.7 连接构造
• 2.2 波形钢腹板PC组合箱梁的基本力学性能
• 2.2.1 抗弯性能
• 2.2.2 抗剪性能
• 2.2.3 抗扭性能
• 2.3 小结
• 3 波形钢腹板PC组合箱梁腹板几何参数分析
• 3.1 概述
• 3.2 有限元计算模型
• 3.2.1 组合箱梁简介
• 3.2.2 有限元模型的建立
• 3.2.3 加载工况
• 3.3 腹板几何参数分析
• 3.3.1 直板段长度b的影响
• 3.3.2 弯折角θ的影响
• 3.3.3 波形形状对箱梁扭转性能的影响
• 3.3.4 波形形状对翘曲应力的影响
• 3.3.5 波形钢腹板板厚t的影响
• 3.4 本章小结
• 4 波形钢腹板剪切屈曲理论分析
• 4.1 波形钢腹板抗剪屈曲承载力的影响因素
• 4.2 波形钢腹板的抗剪性能计算
• 4.2.1 波形钢腹板的剪应力计算
• 4.2.2 波形钢腹板的屈曲计算
• 4.2.3 波形钢腹板局部弹性屈曲剪应力计算
• 4.2.4 波形钢腹板整体弹性屈曲剪应力计算
• 4.2.5 考虑波形钢腹板非弹性屈曲的稳定性计算
• 4.2.6 波形钢腹板合成屈曲计算
• 4.3 本章小结
• 5 波形钢腹板剪切屈曲的非线性有限元分析
• 5.1 概述
• 5.2 有限元模型及非线性求解方法
• 5.2.1 有限元模型
• 5.2.2 材料的本构关系
• 5.2.3 分网密度
• 5.2.4 波形板的初始几何缺陷
• 5.2.5 非线性屈曲荷载的求解方法
• 5.3 腹板几何参数非线性有限元分析
• 5.3.1 板厚t变化
• 5.3.2 直板段长度b变化
• 5.3.3 弯折角θ变化
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 需要进一步研究的问题
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的论文