单箱三室箱梁的剪力滞效应及有效翼缘分布宽度研究

摘要

由于道路交通客货通行量的逐年增长，作为道路交通重要组成的桥梁，其客货通行能力愈发受到人们关注，因此使用单箱多室箱梁修筑的宽桥面桥梁也慢慢增多。本文以单箱三室箱梁桥为对象，结合理论推导公式计算与有限元数值模拟，详细研究了其在承受各种作用时的剪力滞效应以及有效翼缘分布宽度取值问题。主要研究结果如下:
　　(1)从箱梁剪力滞效应的本质出发，结合三室箱梁的特点定义了翘曲位移函数，建立了基于变分原理的剪力滞效应控制微分方程，并以一组简支箱梁为例，考虑其荷载和边界条件，研究了梁体在承受集中力和均布力作用时三室箱梁的剪力滞效应。通过理论计算结果与有限元模拟结果的对比，证明了本文定义的翘曲位移函数的合理性。
　　(2)针对箱梁在实际使用时同时承受多种荷载的情况，本文以集中力、均布力和预应力两两组成组合荷载，研究了单箱三室箱梁在承受组合荷载作用时截面的剪力滞效应。结果表明，在集中力和均布力共同作用时，剪力滞系数沿桥梁宽度方向形成的曲线介于二者单独作用时的情况;在集中力和预应力共同作用时，顶板剪力滞的横向分布图示与集中力单独作用时基本重合，而底板剪力滞效应比二者单独作用时明显;在均布力和预应力共同作用时，顶板剪力滞的横向分布图示与均布力单独作用时基本重合，而底板剪力滞效应比二者单独作用时明显。
　　(3)公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范中，关于箱梁有效翼缘分布宽度的规定基于单箱单室箱梁统计得到，针对条文没有明确指出对单箱多室箱梁是否适用的问题，本文以三室箱梁为对象，使用APDL参数化设计语言，通过定义箱梁截面各项参数（包括箱梁顶底板宽度和厚度、箱梁高度、跨径等），给定取值范围，由计算机随机确定各项参数取值并生成大量的ANSYS有限元模型，通过两种同尺寸不同单元模型跨中挠度的对比验证了模型的正确性。
　　(4)针对单箱三室简支箱梁，随机生成了200组模型，由板块有效宽度的定义计算了三室简支箱梁跨中截面和支座位置的有效翼缘分布宽度相关数据，并拟合成取值曲线。通过与规范对应曲线的对比，发现规范曲线不适用于单箱三室简支箱梁的有效翼缘分布宽度取值。
　　(5)针对单箱三室连续箱梁，随机生成了200组三跨连续梁模型，由板块有效宽度的定义计算了三室连续箱梁跨中截面、中支座位置和边支座位置的有效翼缘分布宽度宽度数据，并拟合成取值曲线。通过与规范对应曲线的对比，发现规范曲线亦不适用于单箱三室连续箱梁的有效翼缘分布宽度取值。
　　(6)针对拟合出的单箱三室箱梁有效宽度取值曲线，参照混凝土强度保证率的理念，修正拟合曲线使得95％以上的样本点都处在曲线右侧，修正后按照曲线取值时能保证在95％以上的情况下结构的安全性，并给出了修正曲线与规范曲线和原拟合曲线的对比图，以及修正曲线的公式。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

2 单箱三室箱梁剪力滞效应的理论研究

2．1 剪力滞效应

2．2 合理的翘曲位移函数的定义

2．3 梁段控制微分方程

2．3．1 梁段弯曲总势能

2．3．2 粱段剪滞控制微分方程的建立

2．4 单箱三室简支箱梁在竖向荷载作用下的剪力滞效应

2．4．1 集中荷载作用下

2．4．2 均布荷载作用下

2．5 算例计算分析

2．5．1 算例介绍

2．5．2 箱梁横向剪力滞效应对比

2．5．3 箱梁纵向剪力滞效应对比

2．6 本章小结

3．单箱三室箱梁在组合荷载下的剪力滞效应研究

3．1 模型及荷载工况

3．1．1 模型建立

3．1．2 荷载组合分类

3．2．集中力加均布力组合

3．3 集中力加预应力情况

3．4 均布力加预应力情况

3．5 本章小结

4．单箱三室简支梁桥考虑剪力滞效应的有效翼缘分布宽度研究

4．1 三室简支梁桥各项基本参数的确定

4．1．1 跨径取值

4．1．2 高跨比

4．1．3 箱梁截面细部尺寸

4．2 单箱三室简支梁桥APDL参数化模型的建立

4．2．1 参数化模型的建立

4．2．2 加载图示

4．3 规范的有效翼缘分布宽度分析方法

4．4 单箱三室简支梁桥有效翼缘分布宽度研究

4．4．1 两种单元模型的挠度对比

4．4．2 模型数据处理结果

4．5 本章小结

5．单箱三室连续梁桥考虑剪力滞效应的有限翼缘分布宽度研究

5．1 单箱三室连续梁桥各项参数的确定

5．1．1 跨径取值

5．1．4 其他参数取值

5．2 单箱三室连续梁桥有限元模型的建立

5．2．1 参数化模型的建立

5．2．2 荷载图示

5．3 单箱三室连续梁桥有效翼缘分布宽度统计规律的分析

5．3．1 两种单元模型的挠度对比

5．3．2 模型数据处理结果

5．4 本章小结

6．单箱三室箱梁有效翼缘分布宽度拟合曲线修正

6．1 修正思路

6．2 修正方法

6．3 修正结果

6．3．1 简支梁取值曲线修正

6．3．2 连续梁取值曲线修正

6．4 单箱三室箱梁有效翼缘分布宽度建议取值曲线

6．5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果