钢-混凝土薄壁箱梁的组合扭转理论

摘要

目前薄壁箱梁扭转理论是两种理论,即Bredt自由扭转理论和Wumanski约束理论的简单叠加,理论体系不统一,未考虑次剪力流扭转和次翘曲扭转问题,更重要的是不能用于分析钢-混凝土薄壁箱梁的组合扭转问题.为此,本文以双轴对称的钢-混凝土薄壁箱梁为例,试图基于Kirchhoff板和Timoshenko梁力学模型来建立一套新的钢-混凝土薄壁箱梁组合扭转理论.首先提出3条基本假设,然后以截面刚性转角为基本未知函数,并引入2个附加未知函数,即腹板和翼缘平面内的转角来考虑剪切变形的影响,基于Kirchhoff板和Timoshenko梁力学模型推导得到薄壁箱梁组合扭转的总势能.利用角点纵向位移和剪力流相等的条件消去2个转角未知函数,得到薄壁箱梁组合扭转的一维理论模型.研究发现,本文给出组合扭转刚度既包括Sant Venernt扭转刚度和Vlasov扭转刚度,也包含次剪力流扭转刚度和次翘曲扭转刚度,因此本文的新理论更具有普遍性.其次文中还建立了薄壁箱梁组合扭转理论的能量变分模型,并据此利用变分法推出了相应的微分方程模型,同时以悬臂薄壁箱梁为例,给出其简明的转角计算公式.最后开展了FEM数值模拟研究.结果表明,本文的转角计算结果与FEM结果几乎一致,误差很小,证明了本文组合扭转理论的正确性.