考虑扭转和畸变效应的波形钢腹板组合箱梁桥应力放大系数研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:caiwei39602250
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波形钢腹板组合箱梁是在传统混凝土箱梁高强轻质的发展需求中发展而来的,是现代桥梁建设中的新型钢混组合结构,具有自重轻、施工快捷以及结构合理等特点,因此在国内外桥梁工程中应用较为广泛。与传统混凝土箱梁相比波形钢腹板组合箱梁腹板和顶底板通过剪切件相连接,抵抗扭转和畸变的性能较低,所以对于波形钢腹板组合箱梁桥在偏心荷载下的扭转效应和畸变效应的研究是很有必要的。本文以简支直线型波形钢腹板组合箱梁桥为研究对象,对其在偏心车道荷载下的扭转和畸变效应进行了详细研究。(1)先将波形钢腹板组合箱梁的受力特性进行分析,计算截面有效剪切模量以及进行截面转换,再结合传统混凝土箱梁扭转分析理论,计算波形钢腹板组合箱梁的扭转几何特性。根据乌氏第二理论推导扭转双力矩以及扭转翘曲应力的计算公式,建立扭转微分方程,再结合实例验证证实本文公式的正确性。对偏心荷载下的扭转双力矩和弯扭力矩的变化规律进行分析,通过分析发现扭转双力矩在跨中截面具有最大值,故扭转翘曲应力的最大值也在跨中截面产生。(2)定义更具一般性的畸变角和与扭转分析理论相统一的畸变中心,计算波形钢腹板横向抗弯刚度、畸变翘曲应变能、横向框架应变能以及畸变荷载势能,推导畸变双力矩和畸变应力的计算公式,根据势能驻值原理建立畸变微分方程,以初参数法对微分方程进行求解,结合实例进行验证证实本方法的正确性。对偏心荷载下的畸变双力矩畸变矩的变化规律进行分析,通过分析发现在偏心集中荷载作用下,畸变双力矩在跨中有最大值,所以最大畸变翘曲应力也在跨中。(3)结合工程实例计算在偏心车道荷载下扭转翘曲应力和畸变翘曲应力,以及同时考虑扭转和畸变效应时的应力放大系数。通过分析发现,翘曲正应力主要由畸变效应产生,翘曲剪应力主要由扭转效应产生,且畸变效应对剪应力影响很小,故计算翘曲剪应力时可忽略畸变效应对剪应力的影响。通过对应力放大系数的值进行分析得出,偏心车道荷载下跨中截面腹板与底板交点处的正应力,为车道荷载对称布置时的弯曲正应力的1.6倍左右。最后对影响应力放大系数的高宽比、宽跨比,悬臂板宽度以及腹板厚度进行了参数分析,发现悬臂板变化对剪应力值的影响较小,腹板形状及厚度对剪应力值的影响较大等规律。
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