波形钢腹板变截面连续体系梁桥剪力传递分析

摘要

波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥是一种新型组合结构桥梁，现有对波形钢腹板抗剪特性的研究通常只是进行简单定性的描述，偏保守地认为波形钢腹板承担截面上的全部剪力，混凝土顶底板不参与承剪，但是这与波形钢腹板箱梁结构实际受力状态有差异。本文依托武西高速公路桃花峪黄河大桥跨大堤桥工程，建立有限元模型，对波形钢腹板的剪力传递效率展开研究，主要工作内容及结论如下。
　　1.总结波形钢腹板组合梁桥的发展概况，明确其技术特点，对国内外相关研究现状进行综述。国外研究主要集中在波形钢腹板的抗剪屈曲和极限承载力等方面，国内则侧重于对其静力特性方面的研究，并对其剪力传递做了一些定性的描述，然而这些研究大都是针对等截面小跨度简支梁进行的，对于大跨度变截面组合连续梁桥的研究较少。
　　2.结合武西高速公路桃花峪黄河大桥跨大堤桥，分别应用Midas/Civil和Midas/FEA建立该桥的空间梁单元和实体单元有限元模型，将仅在自重和预应力作用下两种软件的计算结果进行对比分析，结果表明两种模型的计算结果趋近一致，可以作为后续剪力传递效率数值分析的理论模型。
　　3.以Midas/FEA实体模型为基础，选取主梁代表性截面，考虑自重单独作用、自重和预应力共同作用及满布活载三种荷载工况，分析混凝土顶底板和波形钢腹板中的剪力传递情况，数据表明变截面效应下弯矩和轴力产生的附加剪应力对腹板剪应力分布影响较大，使得在梁高增加时波形钢腹板的承剪比下降，混凝土顶底板承剪份额增加，这与等截面波形钢腹板简支箱梁桥的剪力传递效率存在明显差异。
　　4.推导变截面波形钢腹板箱梁剪应力计算公式，将其与FEA模型数值解和依据等截面剪应力计算公式所得的计算结果进行对比，验证公式的正确性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥的发展概况

1．2 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥的技术特点

1．3 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥的研究现状

1．4 本文研究内容

2 波形钢腹板PC组合箱梁桥有限元静力分析

2．1 依托工程概况

2．1．1 主梁构造

2．1．2 波形钢腹板构造

2．1．3 材料属性

2．1．4 设计技术标准

2．2 Midas／Civil杆系有限元计算模型的建立

2．2．1 模型的简化

2．2．2 钢-混凝土组合腹板段波形钢腹板的等效计算

2．2．3 有限元模型的建立

2．3 Midas／FEA实体有限元计算模型的建立

2．3．1 顶底板模型的建立

2．3．2 波形钢腹板模型的模拟

2．3．3 横隔板的模拟

2．3．4 体外预应力钢束的模拟

2．3．5 体内预应力钢束的模拟

2．3．6 钢-混凝土组合腹板段的模拟

2．3．7 支座的模拟

2．4 有限元主要计算结果对比

2．4．1 自重作用下结构变形

2．4．2 预应力作用下结构变形

2．4．3 自重作用下顶板应力

2．4．4 自重作用下底板应力

2．4．5 预应力作用下顶板应力

2．4．6 预应力作用下底板应力

2．4．7 自重和预应力作用下结构变形

2．4．8 自重和预应力作用下顶板应力

2．4．9 自重和预应力作用下底板应力

2．5 本章小结

3 波形钢腹板PC组合箱梁桥剪力传递效率分析

3．1 验证“拟平截面假定”

3．1．1 自重作用下各截面正应变分布

3．1．1 预应力作用下各截面正应变分布

3．2 剪力传递效率计算

3．2．1 自重作用下波形钢腹板剪应力结果分析及承剪比计算

3．2．2 自重和预应力作用下波形钢腹板剪应力结果分析及承剪比计算

3．2．3 满布活载作用下波形钢腹板剪应力结果分析及承剪比计算

3．2．4 变截面效应对剪力传递效率的影响分析

3．3 本章小结

4 变截面波形钢腹板组合箱梁的腹板剪应力计算方法研究

4．1 概述

4．2 忽略混凝土顶底板承剪的腹板剪应力计算

4．3 考虑混凝土顶底板承剪的等截面梁腹板剪应力计算

4．4 考虑混凝土顶底板承剪的变截面梁腹板剪应力计算

4．4．1 计算公式推导

4．4．2 变截面几何参数的微分表达公式

4．5 算例分析及Midas／FEA有限元校核

4．5．1 Midas／FEA有限元模型

4．5．2 考虑混凝土顶底板承剪时模型的剪应力及承剪比例计算

4．5．3 按等截面梁计算公式对模型截面腹板剪应力的计算

4．6 四种计算方法的腹板剪应力和承剪比例结果对比

4．7 对依托工程的验证

4．7．1 自重作用下

4．7．2 四种计算方法的腹板剪应力和承剪比例结果对比

4．8 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

致谢

附录A

附录B