钢圆环腹梁力学性能研究

摘要

钢圆环腹梁是在蜂窝梁和桁腹式梁的基础上发展而来的一种新型的梁结构。该结构采用空心钢圆环取代传统梁式结构的薄壁腹板结构，顶底板通过连接件与空心圆钢腹管连接形成整体。该结构可以应用于桥梁工程中的上部结构或连廊。本文采用实验室实验配合有限元分析方法，研究该结构的力学特性，并对其构造措施、施工工艺和工程应用进行探讨。主要包括以下几部分内容:
　　(1)通过理论分析，参考费式空腹桁架理论，推导出钢圆环腹梁的变形计算公式，并通过有限元方法进行了验证。考虑工程应用的实际状况，提出适用于工程设计应用的截面抗弯刚度简化计算方法。
　　(2)通过使用商业有限元软件ABAQUS，建立实验梁的空间模型和杆系模型，模拟实验加载条件，分析结构的静力学特性。然后，通过弯曲荷载实验，将测得的实验数据与有限元分析结果进行比较，通过对二者的对比分析，研究该结构在弯曲荷载作用下的结构受力特点及该结构在静力荷载作用下的力学特性。
　　(3)综合实验室实验和有限元分析方法，提出了可用于工程的初步设计。包括结构基本尺寸、施工工艺等。采用有限元方法，参照相关规范对设计方案进行了计算复核，结果表明该设计方案满足规范规定的各项要求。
　　(4)提出了适合工程应用的通用连接件设计，并通过ABAQUS进行了模型分析，研究了其力学特性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．2 国内外研究现状

1．3 钢圆环腹梁的结构特点

1．4 主要研究内容研究

第二章 钢圆环腹梁弯曲荷载作用下的变形特性

2．1 计算理论和假设

2．2 费氏空腹桁架比拟法

2．2．1 弯曲挠度推导

2．2．2 剪切挠度

2．2．3 剪力次弯矩产生的梁桥及墩腰转动而引起的挠度

2．3 基于剪切单元法的钢圆环腹梁挠度计算方法

2．3．1 剪切单元法

2．3．2 剪切单元法钢圆环腹梁剪切挠度公式计算结果与FEM结果的比较

2．4 钢圆环腹梁挠度简化计算方法

2．4．1 梁截面抗弯刚度简便计算

2．4．2 验证抗弯刚度简化计算方法

2．4．3 抗弯刚度简便计算法系数的推导

2．5 本章小结

第三章 钢圆环腹梁力学性能试验研究

3．1 试验目的和内容

3．2 钢圆环腹梁静载弯曲试验

3．2．1 试验梁的设计与制作

3．2．2 材料性能

3．2．3 试验的加载与测试内容

3．3 试验现象及破坏形态

3．4 本章小结

第四章 基于ABAQUS的钢圆环腹梁力学性能研究

4．1 有限元软件简介

4．2 有限元模型的建立

4．2．1 实验梁构件模拟尺寸

4．2．2 单元类型

4．2．3 材料特性

4．2．4 网格划分和边界条件模拟

4．3 整体加载分析

4．4 模型计算结果与分析

4．5 试验结果与有限元模拟结果分析

4．6 截面抗弯刚度简化计算法在结构极限承载力设计中的应用

4．7 连接件改进措施

4．7．1 ABAQUS子模型分析介绍

4．7．2 连接件分析

4．8 本章小结

第五章 圆环腹梁人行桥初步设计及施工方法

5．1 人行天桥设计

5．2 设计规范及荷载

5．3 有限元建模分析

5．4 计算结果

5．5 简要施工方法

5．5 本章小结

第六章 结论和展望

6．1 本文的主要工作及结论

6．2 展望

参考文献

致谢

作者简介

攻读硕士期间申请专利