波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥设计方法研究

摘要

作为一种新型钢—混凝土组合结构，体外预应力波形钢腹板组合箱梁在日本和法国得到了广泛应用。相对于平钢腹板组合箱梁，该结构不需要设置纵向加劲肋来防止腹板屈曲，且提高了预应力效率;相对于传统预应力混凝土箱梁，该结构自重轻、跨越能力大、受力明确、施工周期短、造型美观。本文针对这种结构的抗弯、抗剪效应进行了详细的理论分析，并依托李家河桥对波形钢腹板PC组合箱梁桥设计方法进行了研究。主要包括以下几个方面:
　　(1)分析了波形钢腹板箱梁的体外预应力筋的应力变化规律，给出了预应力筋的应力增量和极限应力的不同算法。根据钢筋混凝土梁的弯曲理论推导出波形钢腹板PC组合箱梁的极限承载力计算的基本公式;给出了波形钢腹板PC简支箱梁有效宽度的经验计算公式。运用能量变分法计算了波形钢腹板PC组合箱梁的剪力滞效应，并与空间有限元计算结果进行了对比分析，验证了变分法公式推导的正确性。
　　(2)得出了波形钢腹板PC组合箱梁中腹板的剪应力由弯曲剪应力、自由扭转剪应力及约束扭转剪应力三部分组成，并给出了波形钢腹板剪应力的计算公式。总结并对比分析了几种波形钢腹板局部屈曲强度计算公式和波纹板的整体屈曲强度计算公式，并通过理论分析，得出了剪切变形对波形钢腹板PC组合箱梁挠度影响的计算公式。
　　(3)最后依托李家河桥，对波形钢腹板PC组合箱梁桥进行了正常使用极限状态与承载能力极限状态下的整体受力分析，并进行了主梁特征值屈曲分析;依据前述波形钢腹板PC组合箱梁桥的设计方法，对组合箱梁进行了刚度、抗弯承载力、抗剪承载力、稳定性及其连接部的设计验算。最后进行了现场测试。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本文的工程背景及研究意义

1．1．1 本文的工程背景

1．1．2 本文的研究意义

1．2 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥的研究现状

1．2．1 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥抗弯性能研究

1．2．2 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥抗剪性能研究

1．2．3 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥扭转性能研究

1．3 本文的主要工作内容

第2章 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁抗弯性能研究

2．1 平截面假定

2．1．1 波形钢腹板轴向变形特性

2．1．2 拟平截面假定

2．2 体外预应力钢筋应力分析

2．2．1 体外预应力钢筋应力增量求解

2．2．2 体外预应力钢筋极限应力的分析计算

2．3 正截面抗弯极限承载能力计算

2．3．1 基本假定

2．3．2 极限状态下钢筋的应力情况

2．3．3 基本公式及适用条件

2．4 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁剪力滞效应研究

2．4．1 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁剪力滞效应的变分法

2．4．2 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁剪力滞效应的有限元分析

2．4．3 剪力滞效应理论分析与有限元分析结果对比

2．5 小结

第3章 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁腹板抗剪性能研究

3．1 概述

3．2 波形钢腹板剪应力计算方法

3．2．1 腹板剪应力的计算

3．2．2 腹板剪应力的验算

3．3 波形钢腹板剪切屈曲性能分析

3．3．1 剪切屈曲破坏形态

3．3．2 局部剪切屈曲

3．3．3 整体剪切屈曲

3．3．4 相关剪切屈曲

3．4 剪切变形对波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁挠度影响

3．5 小结

第4章 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥设计实例及现场测试

4．1 概述

4．2 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥设计实例

4．2．1 设计资料

4．2．2 整体有限元分析

4．2．3 组合箱梁特征值屈曲分析

4．2．4 刚度验算

4．2．5 抗弯承载力验算

4．2．6 抗剪承载力验算

4．2．7 波形钢腹板稳定性验算

4．2．8 连接部验算

4．3 波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥现场测试

4．3．1 测试断面及测点布置

4．3．2 主要测试工况

4．3．3 主要测试结果分析

4．4 小结

结论

参考文献

致谢