波形钢腹板箱梁桥波形钢腹板倾斜对结构力学性能影响的研究

摘要

波纹钢腹板PC组合箱梁是近年来新兴的一种桥梁结构，是采用波形钢腹板取代传统预应力混凝土箱梁建成的箱梁桥，具有自重轻、受力明确、抗震性能好等优点，有着良好的发展前景。但由于目前该类桥梁的应用较少，相关的理论研究仍需进一步完善。本文以四川省某大桥为工程背景，该桥在施工过程中钢腹板拼装出现4°的偏转角，为研究波形钢腹板旋转或倾斜对结构力学性能的影响，文章利用Midas/Civil程序软件以背景大桥为例，建立波形钢腹板垂直和倾斜4°的有限元模型。由于Midas/Civil在建立波形钢腹板箱梁桥时截面类型固定，只能采用整体建模的方法建模，无法实现对腹板倾斜状态的模拟，文章针对这种情况，提出了一种新的建模方式，利用顶底板和腹板分开建模的方式实现腹板倾斜状态的模拟，并对比分析了模型在腹板发生旋转时稳定性和极限承载力的变化趋势。主要完成工作如下：
　　一、回顾了波形钢腹板PC组合箱梁的发展历程，梳理了波形钢腹板稳定性和极限承载力的理论知识和计算公式。
　　二、通过理论公式对背景大桥进行抗倾覆稳定性验算，得到了抗倾覆稳定性系数。利用Midas/Civil程序软件对比分析波形钢腹板发生倾斜时模型在最大悬臂阶段和成桥阶段不同荷载工况下的稳定性，分别分析了两种阶段下腹板倾斜前后结构各个工况下的屈曲模态和一阶稳定性系数，结果表明：背景大桥在腹板倾斜后最大悬臂阶段一阶稳定性系数减小约5.5％；成桥阶段一阶稳定性系数减小约5％。
　　三、分别对波形钢腹板发生倾斜前、后的屈曲安全性进行评估，得出了该桥波形钢腹板的整体屈曲、局部屈曲和合成屈曲的验算结果，结果表明：背景大桥在腹板倾斜后，结构的局部屈曲、整体屈曲及合成屈曲的数值有减小趋势，且变化幅度均为减小了0.49％。
　　四、对背景大桥波形钢腹板发生倾斜前、后的极限承载力进行分析，并从梁桥承载力的极限状态和正常使用的极限状态两个方面进行验算，得到了正截面抗弯、正截面抗裂及正截面正应力等指标，结果表明：背景大桥在腹板倾斜后，结构极限承载力并无明显变化，桥梁承载能力极限状态的承载力设计值减小约1.5％左右，正常使用极限状态几乎没有变化。

目录

声明

1 绪论

1.1 波形钢腹板PC组合箱梁桥的发展历程

1.2 波形钢腹板PC组合梁桥的主要结构特点

1.3 波形钢腹板PC组合箱梁力学性能的国内外研究现状

1.4 波形钢腹板力学性能研究存在的问题

1.5 本文研究内容

2 结构分析模型及参数

2.1 正常状态建模介绍

2.2 倾斜状态建模介绍

2.3 建模难点

2.4 计算材料参数

2.5 施工工序

2.6 施工阶段荷载

2.7 运营阶段荷载

2.8 本章小结

3 波形钢腹板倾斜或旋转对结构稳定性的影响

3.1 引言

3.2 波形钢腹板稳定性理论分析

3.3 波形钢腹板屈曲稳定性理论分析

3.4 桥梁最大悬臂状态稳定性验算对比

3.5 成桥阶段稳定性分析

3.6 稳定性影响分析

3.7 波形钢腹板屈曲稳定验算

3.8 屈曲影响分析

3.9 本章小结

4 波形钢腹板倾斜或旋转对结构极限承载力的影响

4.1 引言

4.2 极限承载力理论分析

4.3 承载能力极限状态验算

4.4 正常使用极限状态验算

4.5 极限承载力影响分析

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及相关研究成果