波纹钢腹板桥梁静动力特性研究

摘要

波形钢腹板PC桥梁源于法国，由于这种新型桥梁能彻底解决混凝土箱梁桥“腹板开裂”顽症、且具有很高承载能力，20世纪80年代在法国出现后便很快在日本、德国、韩国等国家得到应用和推广。我国也对该新型桥梁展开大量的科学研究，并成功建设了几十座波纹钢腹板桥梁。到目前为止，各国已系统研究波纹钢腹板简支梁结构的静力性能如抗剪、抗弯、抗扭、钢腹板的稳定性，而简支变连续桥梁的受力分析却较少，并且对于波纹钢腹板桥梁的动力特性研究还在起步阶段。
　　本文依托一座已建的简支变连续波纹钢腹板桥梁为例，采用有限元方法，主要对比分析了波形钢腹板桥梁和混凝土桥梁的静力性能和动力特性，研究了横隔板对波纹钢腹板桥梁的影响和比较分析了该桥梁抗震性能。本文的研究工作表明：波形钢腹板桥梁和混凝土腹板桥梁同样具有很强的抗弯性能，且具有更好的抗剪性能。波形钢腹板轴向刚度非常低，基本不抵抗轴向力和弯矩，可以认为波形钢腹板桥梁弯矩产生的正应力主要由混凝土顶板和底板承受。在波纹钢腹板桥梁中，混凝土顶板和底板基本不承受剪力，转由钢腹板全部承受。
　　对比两者的动力特性发现，波形钢腹板桥梁扭转振动的频率低于混凝土腹板桥梁；增加横隔板可以提高结构扭转振动的自振频率，端隔板对波纹钢腹板桥梁自振特性的影响较大，而跨中横隔板数量对波纹钢腹板桥梁自振特性的影响较小。
　　在竖向地震输入的情况下，波纹钢腹板桥梁和混凝土腹板桥梁的变形形态很类似，表明波纹钢腹板桥梁同样具有很强的抗弯刚度。根据地震作用横向输入的反应谱组合变形结果，发现波纹钢腹板桥梁和混凝土腹板桥梁的变形形态存在较大差异，表明波纹钢腹板对顶板及底板的约束作用小于混凝土箱梁方案中腹板对顶板和底板的约束作用。在相同的地震波输入下，波纹钢腹板桥梁的时程响应明显小于混凝土腹板桥梁。原因在于波纹钢腹板桥梁纵向刚度较小，地震能量输入后可以通过变形来消耗，不至于产生过大的内力。综合反应谱和时程分析结果发现，波纹钢腹板桥梁的抗震性能更加优越。

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主要符号说明

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 波形钢腹板桥梁的构造特点

1.3 波形钢腹板桥梁的特点

1.4 波形钢腹板桥梁的研究现状

1.5本文主要研究内容

第二章 波纹钢腹板桥梁的受力特性

2.1 波形钢腹板桥梁的抗剪性能

2.2 波形钢腹板桥梁的抗弯性能

2.3 体外预应力的二次效应和应力增量

2.4 波纹钢腹板桥梁抗扭性能及计算假定

第三章 波形钢腹板桥梁的有限元静力分析

3 .1 桥梁概况

3.2静力分析

3.3 本章小结

第四章 波形钢腹板桥梁的动力性能

4.1 结构动力的基本原理

4.3 波纹钢腹板桥梁动力特性分析

4.4 本章小结

第五章 波形钢腹板桥梁的抗震性能

5.1 反应谱分析

5.2 动力时程分析

第六章 总结

6.1主要工作回顾

6.2 本课题今后需进一步研究的地方

参考文献

个人简历

致谢