基于比拟杆法的箱梁剪力滞效应分析

摘要

目前，随着城市交通量不断的增加，城市主干道、快速路、环线上的高架桥、跨线桥的箱梁宽度不断增加;另一方面，随着三向预应力体系的运用，在梁体宽度增加的同时，箱梁顶板的悬臂长度、腹板间距也逐渐增大，以减轻结构自重来适应更大跨度的桥梁结构，这都会导致箱梁翼板剪力滞效应越来越显著。鉴于此，本文以箱梁在自重荷载下的剪力滞效应为研究对象，将原本仅适应于等截面梁剪力滞分析的比拟杆法拓展至变截面梁，并讨论了变截面悬臂梁和连续梁的剪力滞效应沿跨长的分布特征，分析了连续梁桥采用支架现浇、顶推施工、悬臂浇筑、简支变连续等施工方法时，控制截面剪力滞系数随施工进度的演变过程。主要的研究工作包括:　　(1)针对传统比拟杆法无法求解变截面箱梁剪力滞效应的不足，重新推导了变截面箱梁的剪力滞控制方程和腹板剪力流计算公式，并改进了箱梁等效比拟杆模型中加劲薄板的等效方法，将原本仅适用于等截面箱梁剪力滞求解的比拟杆法拓展至变截面箱梁。以实体有限元的计算结果，验证了本文等效方法的合理性，并发现变截面箱梁腹板内产生了与自重剪力流方向相反的附加剪力流，减缓了剪力流沿桥梁展向的变化，从而减弱了变截面箱梁的剪力滞效应。　　(2)使用本文推导的变截面箱梁剪力滞效应的比拟杆法，分析了箱梁梁高、腹板厚度等结构参数对箱梁剪力滞效应的影响，讨论了变截面悬臂梁和连续梁的剪力滞效应沿跨长的分布特征，给出了影响悬臂箱梁正负剪力滞分布的因素，发现箱梁梁高和腹板厚度的变化会减小箱梁截面的剪力滞效应，但腹板厚度的影响程度相对较弱，连续箱梁边跨的剪力滞效应较规范更为显著，设计时应给与重视;　　(3)利用叠加原理分析了分阶段施工的连续箱梁的剪力滞效应，发现施工方法对连续梁剪力滞效应影响显著，在不同的施工阶段相同位置处的剪力滞效应会发生较大变化;对于中间支座处的剪力滞系数而言，采用简支变连续施工的剪力滞系数最大，悬臂浇筑施工时最小。对于跨中截面的剪力滞系数而言，悬臂浇筑时剪力滞系数最大，而简支变连续施工时剪力滞系数最小。　　(4)分析了正负弯矩区长度对剪力滞效应产生影响的原因，发现支座处的边界条件影响了翼板剪力流的分布，致使在边界影响区内的剪力滞效应积累的较快，远离边界影响区的剪力滞效应积累的较慢，同时不同的施工方式下，边界影响区的长度相对固定，从而导致正弯矩区的长度越长，正弯矩区处杆间剪力流q2,1与腹板剪力流qE的积分比越大即剪力滞效应越小，而在负弯矩区处则越小即剪力滞效应越大。　　(5)分析了单箱多室箱梁的内箱数量对剪力滞效应的影响，发现在宽跨比一定的条件下，单箱双室对截面的最大剪力滞系数改善较为明显，单箱三室箱梁对截面的最大剪力滞系数改善不明显，但对于边腹板的剪力滞系数改善较为明显，且中腹板位置处剪力滞系数较边腹板更大，设计时应给与重视。　　(6)通过对某矮塔斜拉桥的实体有限元分析，发现自重荷载下悬臂板后浇施工会减小悬臂板后浇带的纵向拉应力，但中间梁体纵向正应力有所增大，致使箱梁顶板剪力滞系数增加，同时顶板剪力滞系数会随着后浇带宽度的增加而增大。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 箱梁剪力滞效应及规范处理方法

1．2．1剪力滞概念

1．2．2翼缘有效宽度

1．3 箱梁剪力滞效应分析的国内外研究现状

1．4 本文研究内容

第二章考虑梗腋构造的箱梁剪力滞效应的比拟杆法

2．1．1比拟杆等效模型

2．1．2加劲杆等效面积及薄板等效厚度

2．1．3剪力滞效应控制方程的建立

2．1．4边界条件及求解

2．1．5剪力滞系数及翼缘有效宽度

2．2 比拟杆模型中相关参数的选取方法

2．2．1加劲杆和加劲薄板面积的等效方法

2．2．2加劲杆数量选取方法

2．3 本章小结

第三章变截面箱梁剪力滞效应分析

3．1 变截面箱梁剪力滞效应分析的比拟杆法

3．2．1梁高对剪力滞系数的影响

3．2．2腹板厚度对剪力滞系数的影响

3．2．3 正剪力滞区段长度的探讨

3．2．4翼缘有效宽度讨论

3．3 变截面连续箱梁的剪力滞效应

3．3．1比拟杆法正确性验证

3．3．2梁高对剪力滞系数的影响

3．3．3翼缘有效宽度讨论

3．4 本章小结

第四章考虑施工过程的连续箱梁剪力滞效应分析

4．1 考虑施工阶段的剪力滞效应分析

4．2 顶推施工

4．2．1施工过程的模拟

4．2．2不同施工阶段下剪力滞系数沿跨长的分布

4．2．3施工过程中正负剪力滞演化机理分析

4．3 平衡悬臂浇筑施工

4．3．1施工过程的模拟

4．3．2不同施工阶段下剪力滞系数沿跨长的分布

4．4 简支变连续(一期恒载简支梁、二期恒载连续梁)

4．4．1施工过程的模拟

4．4．2不同施工阶段下剪力滞系数沿跨长分布

4．5 不同施工方式下剪力滞系数的对比

4．5．1剪力滞系数的变化

4．5．2连续箱梁剪力滞效应形成机理分析

4．6 本章小结

第五章单箱多室箱梁剪力滞效应分析

5．1 单箱多室箱梁剪力滞效应的比拟杆法

5．2 单箱多室箱梁腹板剪力流求解方法

5．3 单箱多室箱梁剪力滞系数沿跨长分布

5．3．1单箱多室箱梁剪力滞效应机理分析

5．3．2梁宽对剪力滞效应的影响

5．4 本章小结

第六章悬臂板滞后施工下宽箱梁剪力滞效应研究

6．1．1工程背景

6．1．2有限元模型

6．1．3Midas/FEA模型Midas/Civil模型计算结果对比

6．2 自重作用下的剪力滞效应

6．3 滞后施工对梁体自重应力的影响

6．4 悬臂板后浇带宽度对剪力滞效应的影响

6．5 本章小结

第七章结论与展望

7．1 主要研究工作及结论

7．2 主要创新点

7．3 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的论著及取得的科研成果