波纹腹板钢箱组合梁抗扭性能研究

摘要

波纹钢腹板组合梁具有自重轻，受力性能优越，施工方便，经济性好等优点。近些年在我国建筑及桥梁领域应用广泛。但其混凝土底板悬吊于波纹腹板之下，不利于施工，且以受拉为主，容易开裂。波纹腹板钢箱组合梁是以平钢板替代波纹钢腹板组合箱梁的混凝土底板而形成的一种改进型组合结构。它不仅具有波纹钢腹板组合箱梁的特点，而且结构自重进一步减轻，避免了混凝土因受拉开裂带来的不利影响。
　　由于这是一种新型组合结构，还未见学者详细研究过其力学性能，尤其是扭转性能方面。本文通过理论分析、试验及有限元分析相结合的方法对波纹腹板钢箱组合梁的扭转性能进行分析，具体研究内容如下:
　　(1)基于闭口截面杆件的扭转理论，推导出波纹腹板钢箱组合梁扭转刚度的计算式。并分别以薄壁箱梁理论、变角空间桁架模型为基础，推导了波纹腹板钢箱组合梁开裂扭矩及极限扭矩的理论计算式。依据试验及有限元模拟结果验证算式的合理性。
　　(2)设计了扭转试验装置，并完成了2根组合梁试件的扭转试验。探究波纹腹板钢箱组合梁在扭转作用下的破坏形态、混凝土翼板裂缝的产生与开展。依据试验所测数据绘制组合梁相关测点的扭矩-应变曲线、组合梁扭矩-扭率等曲线，并分析组合梁在扭转作用下的受力机理。
　　(3)利用有限元分析软件Midas/FEA建立波纹腹板钢箱组合梁模型。通过比较有限元模拟、理论计算及试验结果，验证了模型的可靠性。并以此为基础对组合梁模型进行参数化分析，分析不同混凝土强度、波纹腹板及波纹腹板高度对组合梁极限抗扭承载力的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 概述

1．2 波纹钢腹板组合箱梁的特点

1．3 国内外波纹钢腹板组合箱梁的发展与应用

1．4 国内外组合梁扭转问题研究综述

1．4．1 钢筋混凝土梁扭转理论研究概况

1．4．2 钢-混凝土组合梁扭转理论研究概况

1．4．3 波纹钢腹板组合箱梁扭转理论研究概况

1．5 本文研究背景及意义

1．6 本文研究内容

2 波纹腹板钢箱组合梁的抗扭刚度与承载力

2．1 波纹腹板钢箱组合梁的抗扭刚度

2．2 开裂扭矩

2．3 极限扭矩

2．4 小结

3 波纹腹板钢箱组合梁扭转性能试验研究

3．1 试件的设计与制作

3．1．1 试件尺寸及构造

3．1．2 试件加工制作

3．1．3 试件材料性能试验

3．2 量测内容及测点布置

3．2．1 测量内容

3．2．2 测点布置

3．3 加载装置与加载方案设计

3．3．1 加载装置

3．3．2 加载方案

3．4 试验过程及试验现象

3．4．1 试验过程

3．4．2 试验现象

3．5 试验结果分析

3．5．1 扭转试验结果

3．5．2 波纹腹板钢箱组合梁扭矩-扭率的特征曲线

3．5．3 混凝土应变特征分析

3．5．4 波纹腹板应变特征分析

3．5．5 钢筋应变特征分析

3．6 小结

4 波纹腹板钢箱组合梁扭转性能有限元分析

4．1 有限元软件简介

4．2 有限元模型的建立

4．2．1 单元类型的选取

4．2．2 材料的本构关系

4．2．3 加载和求解过程

4．3 有限元分析结果

4．3．1 试件的扭转变形

4．3．2 扭矩-扭率特征曲线

4．3．3 扭转承载力分析

4．3．4 波纹钢腹板应力

4．4 参数化分析

4．4．1 混凝土强度的影响

4．4．2 波纹腹板厚度的影响

4．4．3 波纹腹板高度的影响

4．5 小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

个人简历、在校期间学术成果

致谢