预应力混凝土曲线箱梁扭转性能研究

论文摘要

预应力混凝土曲线梁桥受到平面曲率的影响,在荷载作用下发生竖向弯曲的同时,必然会产生扭转,而这种扭转作用又会导致梁的挠曲变形,本文针对曲线箱梁桥这种“弯扭耦合”受力特性,对曲线梁在弯曲与非对称扭转共同作用下的扭转相关性能进行了研究。推导了空间预应力等代荷载的计算公式,给出了混凝土曲线箱梁由预应力引起的扭矩的计算公式,并应用有限元程序对预应力引起的效应从箱梁横截面应力层面上进行分析。推导了预应力混凝土曲线箱梁在弯曲和非对称扭转共同作用下的翘曲应力和翘曲双力矩的计算公式,并应用初参数法进行求解。结合工程实际,研究了单位移动正载及偏载作用下,不同位置箱梁截面的翘曲双力矩及扭矩的变化规律。引入翘曲比对截面翘曲程度进行描述。基于变角度空间桁架模型,考虑混凝土软化效应,对预应力混凝土曲线箱梁的抗扭承载力计算公式进行推导。利用有限元方法对两跨连续预应力混凝土曲线箱梁桥进行了分析,给出了曲线箱梁在自重、预应力及外荷载作用下截面应力及位移的分布,并根据计算结果给出了复合荷载作用下,曲线箱梁内外侧腹板主应力的等值线图。提出了预应力混凝土曲线箱梁桥的设计方法,并进行了该类桥型的实例设计。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 曲线梁力学性能研究现状
• 1.2.1 理论研究现状
• 1.2.2 试验研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.3.1 主要存在的问题
• 1.3.2 本文主要研究内容
• 第二章 预应力混凝土曲线箱梁预应力效应分析
• 2.1 概述
• 2.2 空间曲线预应力钢束摩阻损失
• 2.2.1 曲线钢束预应力摩阻损失理论计算公式
• 2.2.2 空间曲线包角β和曲率K （ s ） 的计算
• 2.2.3 空间曲线预应力钢束形状描述
• 2.3 空间曲线预应力等代荷载
• 2.3.1 预应力等代荷载
• 2.3.2 考虑摩阻损失的预应力等代荷载
• 2.4 曲线箱梁中预应力产生的扭矩
• 2.4.1 不考虑摩阻损失影响的情况
• 2.4.2 考虑摩阻损失影响的情况
• 2.5 本章小结
• 第三章 预应力混凝土曲线箱梁扭转性能研究
• 3.1 概述
• 3.2 曲线梁基本微分方程
• 3.2.1 曲线梁的平衡微分方程
• 3.2.2 曲线梁的位移微分方程
• 3.2.3 曲线梁基本微分方程
• 3.3 曲线箱梁在弯扭共同作用下的约束扭转分析
• 3.3.1 单箱单室曲线箱梁约束扭转纵向位移
• 3.3.2 约束扭转正应力
• 3.3.3 约束扭转剪应力
• 3.3.4 约束扭转的控制微分方程
• 3.3.5 约束扭转控制微分方程的初参数解法
• 3.4 曲线箱梁在弯扭共同作用下的约束扭转实例分析
• 3.4.1 曲线箱梁应力计算
• 3.4.2 实例分析
• 3.5 在弯、剪、扭复杂受力状态下曲线箱梁抗扭分析
• 3.5.1 复杂受力状态下曲线梁的破坏形态
• 3.5.2 曲线箱梁抗扭承载力计算
• 3.6 本章小结
• 第四章 预应力混凝土曲线箱梁空间有限元分析
• 4.1 概述
• 4.2 预应力混凝土曲线箱梁工程实例概况
• 4.2.1 一般构造
• 4.2.2 钢筋及钢筋的配置
• 4.3 曲线箱梁空间有限元模型的建立
• 4.3.1 混凝土模拟
• 4.3.2 钢筋模拟
• 4.3.3 空间有限元模型
• 4.4 有限元分析结果
• 4.4.1 曲线箱梁的应力状态
• 4.4.2 自重作用下的结果分析
• 4.4.3 预应力作用下的结果分析
• 4.4.4 复合荷载作用下的结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 预应力混凝土曲线箱梁设计方法与实例
• 5.1 概述
• 5.2 预应力混凝土曲线箱梁设计计算方法
• 5.2.1 曲线箱梁的配筋原则
• 5.2.2 正截面承载力计算
• 5.2.3 抗剪验算
• 5.2.4 抗扭验算
• 5.2.5 刚度验算
• 5.2.6 设计流程图
• 5.3 混凝土曲线箱梁设计实例
• 5.3.1 设计资料
• 5.3.2 设计实例概况
• 5.3.3 主梁内力计算
• 5.3.4 抗弯承载力验算
• 5.3.5 抗剪验算
• 5.3.6 抗扭验算
• 5.3.7 刚度验算
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢