体外预应力对波形钢腹板PC组合简支箱梁动力特性影响的试验研究

摘要

由于波形钢腹板PC组合箱梁的钢腹板很薄，故无法在腹板中布置体内预应力筋，而用大量的体外预应力筋来替代体内预应力筋，因此是非常有必要研究体外预应力对波形钢腹板PC组合箱梁动力特性的影响。本文采用模型试验梁试验、理论公式计算以及ANSYS有限元分析就体外预应力对单跨等截面波形钢腹板PC组合简支箱梁动力特性的影响规律进行了较系统的研究，主要完成工作及研究结论为：
　　（1）参考经典结构动力学，考虑了波形钢腹板箱梁剪力效应和剪力滞效应以及体外预应力的各项损失，并且考虑预应力对梁体抗弯刚度的影响，扩充并修正了体外预应力对传统混凝土腹板箱梁自振特性计算公式，推导出波形钢腹板PC组合简支箱梁的体外预应力筋在直线形、单折线形和双折线形布置下梁体的自振频率计算公式。
　　（2）设计和制作了5m的等截面简支波形钢腹板模型试验梁，测试了体外筋在八个不同张拉工况下模型试验梁的第一阶自振频率，模型试验结果表明：随着体外筋初始张拉力的增大,模型试验梁的第一阶自振频率也将增大。
　　（3）针对制作的波形钢腹板模型试验梁，应用本文推导的波形钢腹板PC组合简支箱梁自振频率的公式计算模型试验梁体外筋在八个不同张拉工况下的第一阶自振频率，结果表明当体外预应力筋有效张拉力的增大，梁体第一阶自振频率也将增大。结果与试验梁第一阶自振频率测试值保持了一致的增长趋势并且数值差别不大，证明了推导的理论公式能较正确的计算波形钢腹板PC组合简支箱梁的自振频率。
　　（4）建立模型试验梁的ANSYS有限元计算模型，并计算相应的体外筋在八个不同工张拉况下的模型试验梁的第一阶自振频率，结果表明：有限元的计算结果与试验梁测试结果保持了一致的趋势且数值较接近，二者相对误差在9％左右，说明本文建立的ANSYS有限元模型能正确的模拟模型试验梁的自振特性。
　　（5）应用理论公式以及ANSYS有限元分析研究不同体外预应力筋布置参数对波形钢腹板PC组合简支箱梁自振频率的影响规律，结果表明：体外筋布置参数不同时，对波形钢腹板PC组合简支箱梁的第一阶自振频率都有一定的影响。
　　（6）通过对体外预应力筋的振动特性的分析研究，得出体外筋自由长度应尽量控制在12m以内，这样就使得体外筋频率与桥梁及外载频率互相错开，很好的解决了体外筋与梁体的共振问题，并且通过频率法可反算出体外筋的有效张拉应力，无论对于波形钢腹板箱梁的施工还是后期的加固养护都有极大的意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1波形钢腹板PC组合箱梁的发展概述

1.2波形钢腹板PC组合箱梁的优缺点

1.3波形钢腹板PC组合箱梁的结构构造

1.4体外预应力对桥梁动力特性的研究现状

1.5 桥梁结构动力特性的有限元分析

1.6本文研究的主要内容及技术路线

2 体外预应力对波形钢腹板PC组合简支箱梁自振频率影响理论分析

2.1 引言

2.2 初等梁理论自振频率计算公式

2.3 考虑轴向力影响梁自振频率计算公式

2. 4 体外预应力波形钢腹板PC组合箱梁自振频率计算公式

2.5 体外筋预应力损失

2.6 体外预应力不同线形的自振频率计算公式总结

2.7 本章小结

3 波形钢腹板PC组合简支箱梁自振频率试验研究及有限元分析

3.1 引言

3.2 模型试验梁的概况

3.3 模型试验梁自振频率的试验测试

3.4 模型试验梁自振频率的理论计算

3.5模型试验梁自振频率的空间有限元计算

3.6 本章小结

4 体外预应力对波形钢腹板箱梁自振频率影响因素分析

4.1 引言

4.2 体外筋对自振频率影响因素的理论分析

4.3 体外筋布置参数对自振频率影响的理论及有限元分析

4.4 本章小结

5 体外预应力筋固有频率的分析

5.1 引言

5.2 体外预应力筋的固有振动特性分析

5.3 体外预应力筋固有频率的应用

5.4本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果