基于梁单元的多室弯箱梁桥空间效应研究

摘要

城市化的发展促使城市交通流量日益增加，设计道路车流量的增加给路线中的桥梁结构设计提出了新的要求。弯梁结构在城市高架桥梁中占有较大比例，是城市桥梁的重要组成部分。弯梁结构的连结作用将彼此分离的各方向道路连为一体。
　　弯箱梁结构较直线箱梁结构受力更为复杂，桥梁计算的空间效应更为明显。弯箱梁结构即使在无偏心荷载作用下，除产生弯矩、剪力效应外，尚且产生一定量值的扭矩。过大的扭矩效应容易在靠近支座的截面突变位置产生斜向裂缝，从而降低结构安全性能。
　　多格室曲线弯梁结构除上述较为突出的扭转效应外，还存在因荷载的偏心加载对箱梁各道腹板的产生较大受力偏差影响的偏载效应。箱梁结构空间传力的复杂性导致最终的应力计算结果与普通直线箱梁结构存在很大不同。基于此本文开展以下研究工作:
　　1、弯梁结构通常在各支点位置设置较为强大的横梁结构。横梁结构的存在使得弯梁结构在扭转荷载作用下变现为约束扭转。约束扭转作用下结构附加产生翘曲双力矩，自由扭矩及约束扭矩。本文对弯梁结构恒活载作用下约束扭转内力效应及应力效应进行计算，并对影响约束扭转效应的结构弯曲半径因素、桥梁格室数量因素进行分析。
　　2、弯梁结构在偏心荷载作用下，其偏载效应较为复杂。通过采用不同的计算方法，定义不同的比值系数，对弯梁结构恒活载的偏心效应进行分析。最后对弯梁结构的弯曲半径、活载加载的偏心距离对偏心效应的影响进行了分析。
　　3、弯梁结构复杂的力学特性使得对结构外加荷载作用下的应力结果难以准确计算。单纯的采用用于普通直梁应力计算的方法对多格室弯梁结构进行计算，所得计算结果往往不能反应结构真实的应力状态。采用空间网格模型能够综合考虑弯梁结构的各项效应，输出的计算结果也更为全面更为精细。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 曲线梁桥概述

1．1．1 曲线弯梁桥的产生与发展

1．1．2 曲线弯梁桥的地位

1．1．3 曲线弯梁桥的分类

1．1．4 曲线弯梁桥的三个概念

1．2 曲线梁桥的研究现状

1．2．1 曲线弯梁桥国内外研究现状

1．2．2 多格室曲线弯梁桥空间效应研究现状

1．3 本文研究的内容及意义

1．3．1 本课题的提出及研究意义

1．3．2 主要研究内容及框架

第2章 弯梁理论及构造特点

2．1 基于弹性理论的曲梁微分方程

2．2 曲线弯梁计算理论及方法

2．2．1 单纯扭转及翘曲扭转理论

2．2．2 弯梁横向分布理论

2．2．3 梁格法

2．2．4 有限元法

2．3 曲线弯梁的构造上的几个参数

2．3．1 跨度、曲率半径、圆心角

2．3．2 截面参数

2．3．3 支承布置

2．4 本章小结

第3章 基于七自由度梁单元的弯梁扭转效应研究

3．1 扭转理论概述

3．2 计算依托工程

3．3 七自由度空间梁单元

3．3．1 梁单元自由度计算理论

3．3．2 七自由度计算结果表达式

3．4 薄壁扭转效应计算结果分析

3．4．1 空间梁单元模型建立

3．4．2 曲线弯梁内力计算结果分析

3．4．3 约束扭转内力结果分析

3．4．4 约束扭转应力结果分析

3．5 薄壁扭转效应影响因素分析

3．5．1 薄壁扭转效应随弯曲半径的变化规律

3．5．2 薄壁扭转效应随格室数量的变化规律

3．6 本章小结

第4章 基于平面梁格梁单元的弯梁偏载效应研究

4．1 偏载效应概述

4．2 平面梁格计算理论

4．3 曲线弯梁偏载效应计算分析

4．3．1 平面梁格模型建立

4．3．2 计算位置选取

4．3．3 偏载效应计算

4．4 曲线弯梁偏载效应的影响因素分析

4．4．1 偏载效应随弯曲半径的变化规律

4．4．2 偏载效应随偏心距离的变化规律

4．5 本章小结

第5章 基于空间网格梁单元的弯梁多应力计算

5．1 箱梁多应力验算

5．2 空间网格理论

5．3 曲线弯箱多应力计算分析

5．3．1 计算模型模型建立

5．3．2 常规应力计算分析

5．3．3 附加应力计算分析

5．4 曲线弯箱多模型应力对比分析

5．5 本章小结

结论

致谢

参考文献