波形钢腹板钢底板箱梁横向内力分析

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随着我国交通事业的发展,箱梁结构向着薄壁、多室、大悬臂的方向发展,在车辆荷载作用下桥面板往往会产生较大的横向内力。因此,在工程设计中如何采用简单有效的方法求解箱梁的横向内力成为了设计者们重点关注的问题。波形钢腹板钢底板箱梁作为一种较为新颖的结构形式,在车辆荷载作用下的横向受力问题也是需要深入研究的课题,本文针对这种特殊结构的横向内力进行了研究,其主要内容如下:(1)基于框架分析法的基本原理,考虑了箱梁结构的畸变位移和微元框架位移之间的协调关系,推导了计算波形钢腹板钢底板箱梁横向内力的相关计算公式,并将有限元分析结果和按本文公式计算出的横向弯矩值进行了对比分析,从而验证了本文所推导的计算公式的合理性。(2)基于能量变分法的基本原理,通过建立求解箱梁顶板上剪力差T的控制微分方程,得到了波形钢腹板钢底板箱梁横向弯矩的能量变分法解,基于同一算例,分别使用框架分析法和能量变分法对跨中截面各个关键点处的横向弯矩值进行对比分析。研究结果表明,框架法在角点C、D处的弯矩误差分别为-6.40%和-8.24%,而能量变分法计算出的结果将角点C、D处的弯矩误差降至3.45%和3.53%,有效的降低了箱梁底板上的弯矩误差。(3)为了寻求更加简便有效的横向内力计算方法,本文在刚性支承框架法计算结果的基础上,引入了一个修正系数。通过数值算例,详细分析了宽高比、顶底板厚度、腹板倾角等参数的变化对箱梁顶板横向弯矩修正系数及横向弯矩的影响规律。结果表明当腹板倾角约为45°、箱梁宽高比约为3时,顶板上的横向弯矩峰值最大,横向弯矩修正系数趋近于1,此时可用刚性支承解代替最终的横向弯矩值。(4)利用有限元的方法,研究了波形钢腹板钢底板箱梁顶板与腹板之间的横向滑移对横向弯矩的影响,并分析了箱梁的横向弯矩沿纵桥向的变化规律以及波形钢腹板钢底板箱梁与波形钢腹板混凝土底板箱梁的横向受力问题。结果表明:在两种工况下,考虑波形钢腹板和顶板之间的横向滑移和不考虑横向滑移时顶板最大拉应力的最大误差分别为1.93%和2.99%,对箱梁横向内力的影响较小,因此在实际工程中可忽略这种影响。
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