变宽截面单箱多室波形钢腹板组合箱梁桥计算方法及力学性能研究

摘要

本文主要针对变宽单箱多室波形钢腹板组合箱梁的计算方法及力学性能进行了研究。首先对现有单箱多室箱梁常见的分析方法进行了归纳总结，阐述了各种方法的优势和局限性。由于十字空间网格法在分析单箱多室箱梁时建模思路清晰，且能够考虑箱梁的空间效应，因此对该方法在波形钢腹板箱梁中的应用进行了进一步研究。对纯剪状态下的薄板，分别采用十字空间网格法和板壳有限元法进行建模计算，并对比了计算结果。推导了该方法针对波形钢腹板的单元特性计算公式。随后比较了该方法与板壳有限元法在计算单箱单室、单箱三室以及变宽单箱三室波形钢腹板箱梁时的计算结果差异，验证了十字空间网格法应用于波形钢腹板组合箱梁的可行性。除此之外，使用板壳有限元法对变宽单箱三室和等宽单箱三室波形钢腹板组合箱梁的力学性能进行了对比分析。
　　研究认为:(1)十字空间网格法网格密度对板的剪切变形计算精度影响很大，且网格密度与计算误差的关系可用幂函数进行拟合，使用该方法进行分析时需选取恰当的网格密度。(2)十字空间网格法与板壳有限元法在计算波形钢腹板箱梁时结果差异很小，证明本文推导的十字空间网格单元计算公式可用于波形钢腹板箱梁的计算，且具有足够的计算精度。(3)变宽与等宽单箱三室波形钢腹板箱梁的总体力学性能差异不大，但腹板剪力分配、剪力滞、偏载系数等力学性能存在一定差异，应当引起设计人员的重视。
　　通过本文对变宽单箱多室波形钢腹板组合箱梁计算方法及力学性能的研究，为十字空间网格法应用于波形钢腹板组合箱梁提供了依据，为单箱多室波形钢腹板箱梁桥的进一步研究和推广应用提供了参考。

目录

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摘要

英文摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 波形钢腹板PC组合箱梁国内外研究现状

1．2．2 单箱多室箱梁国内外研究现状

1．2．3 异形箱梁桥国内外研究现状

1．3 本文的主要研究目标及研究内容

第2章 波形钢腹板组合箱梁数值计算方法

2．1 箱梁空间效应的分解

2．2 箱梁常用的数值计算方法

2．2．1 六自由度、七自由度梁单元计算方法

2．2．2 Hambly梁格法

2．2．3 空间网格法

2．2．4 实体、板壳有限元法

2．3 波形钢腹板力学特性

2．3．1 波形钢腹板的纵向表观弹性模量

2．3．2 波形钢腹板的有效剪切模量

2．3．3 常见数值方法中波形钢腹板的等效

第3章 十字空间网格法模拟波形钢腹板组合箱梁

3．1 十字空间网格法模拟混凝土箱梁

3．1．1 概述

3．1．2 十字空间网格杆件截面特性(腹板分离划分)

3．1．3 十字空间网格杆件截面特性(腹板整体划分)

3．1．4 十字空间网格密度对板计算精度的影响

3．2 十字空间网格法模拟波形钢腹板组合箱梁

3．2．1 波形钢腹板组合箱梁顶、底板十字空间网格杆件截面特性

3．2．2 波形钢腹板十字空间网格杆件截面特性

第4章 波形钢腹板组合箱梁十字空间网格法算例

4．1 单箱单室波形钢腹板组合箱梁

4．1．1 数值模型的建立

4．1．2 结果对比

4．2 等宽、变宽单箱多室波形钢腹板组合箱梁

4．2．1 建立计算模型

4．2．2 加载方式

4．2．3 结果对比

第5章 变宽单箱多室波形钢腹板组合箱梁力学特性

5．1 模型的建立

5．2 变宽箱梁的整体受力性能

5．2．1 支座布置对箱梁顶板纵桥向正应力的影响

5．2．2 变形

5．3 腹板的剪力分配

5．3．1 单箱多室箱梁的弯曲剪应力

5．4 剪力滞效应

5．4．1 剪力滞效应的基本概念

5．4．2 剪力滞效应的主要分析方法

5．4．3 等宽与变宽单箱多室波形钢腹板箱梁的剪力滞效应

5．5 偏载系数

5．5．1 偏载系数概述

5．5．2 等宽与变宽单箱多室波形钢腹板箱梁的偏载系数

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献