不同加载方式对薄壁箱梁剪力滞效应影响研究

摘要

箱梁在当代桥梁结构建设中的应用日益广泛，且单箱室、大悬臂、宽翼板和薄壁的结构形式成为发展的趋势。箱梁在铁路、公路、市政工程建设中多年来不断得到应用和技术更新，从业人员在具体实践中观测到诸多由剪力滞引发的破坏现象，并且进行了一些论证修复工作，确实也取得了一些有益的认识，使得部分工程实际问题得以解决，但仍有许多难点没有被攻克，需要进一步分析论证。研究薄壁箱梁的剪力滞效应，一个重要的着眼点，就是选择一些对剪力滞效应有影响的因素进行系统地分析研究，不仅得出某因素对剪力滞效应影响的变化规律，更重要的是能够对这种影响做一定的定量的评估，以期通过对不同影响因素的综合考量控制，以达到保证结构安全、适用、耐久的目的，当然也为优化结构设计提供一些参考的依据。本文针对单箱单室薄壁箱梁剪力滞效应和不同加载方式对其影响展开分析，主要就以下几个方面进行了研究。
　　针对单箱单室薄壁箱梁在荷载作用下考虑剪力滞效应时的变形特点，选择三次抛物线作为剪滞翘曲位移模式，采用基于能量变分法的最小势能原理推导给出不同边界、荷载条件下箱梁截面的剪力滞系数表达式以及剪力滞效应下挠度的修正计算表达式。
　　作为对比，本文应用ANSYS软件对一些具体薄壁箱梁结构进行了计算，并和本文所给出公式的计算结果进行了比较分析，数值算例表明，按理论方法计算薄壁箱梁的剪力滞效应同有限元数值解法的分析结果非常接近，可知两种方法均能满足计算需要。
　　在理论分析的基础上，针对性的选择不同加载方式作用对薄壁箱梁剪力滞效应的影响作为研究的重点。以有限元数值计算方法为基础，选取简支、悬臂两种基本边界条件下的薄壁箱梁作为计算对象，区分集中荷载和均布荷载两种不同荷载类型，将每种荷载类型又分为五种不同荷载施加工况，进行系统计算比较分析，得出了不同加载方式作用下，箱梁最不利截面控制计算点的剪力滞系数值系列，反映了不同荷载工况作用下最不利截面剪力滞效应的具体情况以及截面正应力值横向分布的变化差异，同时经过对不同工况下顶板、底板最大剪力滞系数值的比较，找出致使截面局部出现最大正应力值的荷载工况，以便在结构设计和理论研究时作为控制因素进行具体研究。最后推测了不同加载方式作用对箱梁剪力滞效应影响的主要原因，即横截面上荷载作用位置与各计算点的远近程度与该点剪力滞系数值的大小变化有一定联系，也可以认为荷载作用位置距离某计算点越近就会加强该点处应力集中的程度。也明确了不同加载方式作用在关于剪力滞研究的具体问题中应该分别讨论的认识。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题背景

1．1．1 箱梁应用及发展简述

1．1．2 箱形截面受力特性

1．1．3 剪力滞效应的研究意义

1．2 箱梁剪力滞计算分析方法综述

1．2．1 解析理论

1．2．2 数值解法

1．2．3 模型试验

1．3 度量剪力滞效应影响程度的指标

1．3．1 冀缘有效分布宽度

1．3．2 剪力滞系数

1．4 本文研究方法和拟解决的问题

2 变分法求解薄壁箱梁剪力滞效应

2．1 变分法原理

2．1．1 变分法简介

2．1．2 位移变分法及最小势能原理

2．2 箱梁剪力滞的变分法解析

2．2．1 基本方程的建立及求解

2．2．2 几种箱梁剪力滞效应求解

3 有限元数值分析法求解薄壁箱梁剪力滞效应

3．1 有限元分析软件ANSYS简介

3．1．1 ANSYS软件的技术特点

3．1．2 ANSYS软件的分析功能

3．1．3 ANSYS中的shell63弹性壳单元性质

3．2 基于ANSYS求解薄壁箱梁剪力滞效应

3．2．1 求解简支箱梁剪力滞效应

3．2．2 求解悬臂箱梁剪力滞效应

4 不同加载方式对薄壁箱梁剪力滞效应影响

4．1 简支箱梁不同加载方式作用分析

4．2 悬臂箱梁不同加载方式作用分析

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果