单箱双室预应力混凝土连续刚构桥剪力滞效应分析研究

论文摘要

箱梁截面由于其良好的结构性能和受力性能,成为大跨径桥梁所优先采取的截面形式,尤其是大跨径预应力混凝土连续刚构桥。由于箱梁翼板存在不均匀的剪切变形,正应力沿截面呈曲线分布,这种现象被称为剪力滞现象。忽略剪力滞效应的影响将会造成结构设计的不安全。为探讨连续刚构桥箱梁的剪力滞效应,本文以渭河特大桥主桥为依托工程,采用有限元程序对预应力混凝土连续刚构桥的截面正应力进行了计算分析。本论文主要的研究工作包括：本文首先介绍了国内外箱梁剪力滞效应的发展概况和计算方法。在此基础上重点介绍了能量变分法求解箱梁剪力滞效应并给出了几种常见桥型剪力滞效应的求解过程。本文其次以渭河特大桥主桥连续刚构为依托,通过桥梁博士和MIDAS建立全桥杆系模型,对比分析控制截面的正应力。通过ANSYS建立全桥整体模型计算控制截面在各工况下的截面正应力和剪力滞系数,得出剪力滞效应下箱梁正应力的分布规律。通过计算,得出以下结论：连续刚构桥单箱双室截面顶缘正应力分布在对称荷载的作用下出现负剪力滞,在中腹板与顶板的交界处剪力滞系数最小,在箱室顶板处达到最大；连续刚构桥单箱双室截面底缘正应力分布在对称荷载的作用下出现正剪力滞,剪力滞系数在边腹板与底板的交界处达到最大峰值,箱室底板处的剪力滞系数最小。本文最后分析了箱梁剪力滞效应的影响因素,主要考虑了宽跨比、宽高比、悬臂长度等几何参数以及集中荷载和均布荷载两种外荷载等因素。通过计算分析,得出以下结论：箱梁的宽跨比、宽高比是影响剪力滞效应的重要因素,它们与剪力滞系数呈正比关系,箱梁的翼缘板宽度对剪力滞效应影响很小；箱梁承受的外荷载类型也是影响剪力滞效应的重要因素。当悬臂箱梁自由端作用集中荷载时,箱梁各部分只出现正剪力滞；当悬臂梁承受均布荷载时,箱梁顺桥向出现正负剪力滞交替的现象。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 预应力混凝土连续刚构桥的发展概况及结构特点
• 1.2.1 国内外预应力混凝土连续刚构桥的发展概况
• 1.2.2 预应力混凝土连续刚构桥的结构特点
• 1.3 箱梁剪力滞效应的概念
• 1.3.1 剪力滞效应的提出
• 1.3.2 剪力滞效应的研究意义
• 1.4 剪力滞效应的研究现状
• 1.4.1 卡曼理论
• 1.4.2 比拟杆法
• 1.4.3 弹性理论法
• 1.4.4 能量变分法
• 1.4.5 数值计算法
• 1.4.6 模型试验
• 1.5 本文主要研究内容
• 本章小结
• 第二章 剪力滞效应微分方程的推导
• 2.1 变分原理求解剪力滞效应
• 2.1.1 基本假定
• 2.1.2 基本变分方程的推导
• 2.1.3 翼板中的应力与附加弯矩
• 2.2 几种桥型剪力滞效应的求解
• 2.2.1 简支梁承受集中荷载
• 2.2.2 简支梁承受均布荷载
• 2.2.3 悬臂梁在自由端作用一集中力P
• 2.2.4 等截面悬臂梁承受均布荷载
• 2.3 变截面箱梁剪力滞效应的求解
• 2.3.1 变截面箱梁剪力滞效应的微分方程以及边界条件
• 2.3.2 变截面箱梁剪力滞效应有限差分求解
• 2.4 超静定结构箱梁剪力滞效应的求解
• 2.4.1 解肢法
• 2.4.2 叠加法
• 2.5 算例分析
• 2.5.1 简支梁承受集中荷载
• 2.5.2 简支梁承受均布荷载
• 2.5.3 悬臂梁自由端承受集中荷载
• 2.5.4 悬臂梁承受均布荷载
• 2.5.5 计算结果分析
• 本章小结
• 第三章 有限元分析箱梁剪力滞效应
• 3.1 有限元法的发展背景
• 3.2 渭河特大桥工程概况
• 3.2.1 渭河特大桥基本概况
• 3.2.2 渭河特大桥主要技术指标
• 3.2.3 渭河特大桥主要材料
• 3.2.4 渭河特大桥主要材料的参数选取
• 3.2.5 渭河特大桥荷载参数的计算
• 3.3 有限元分析渭河特大桥主桥连续刚构剪力滞效应
• 3.3.1 桥梁平面整体模型有限元分析
• 3.3.2 桥梁空间整体模型有限元分析
• 3.3.3 大型有限元通用软件ANSYS介绍
• 3.3.4 渭河特大桥ANSYS空间模型的建立
• 3.3.5 计算结果分析
• 本章小结
• 第四章 箱梁剪力滞效应敏感性分析
• 4.1 箱梁几何参数对剪力滞效应的影响
• 4.1.1 宽跨比对剪力滞效应的影响
• 4.1.2 宽高比对剪力滞效应的影响
• 4.1.3 翼缘板宽度对剪力滞效应的影响
• 4.2 荷载类型对剪力滞效应的影响
• 4.2.1 集中力荷载对剪力滞效应的影响
• 4.2.2 均布荷载对剪力滞效应的影响
• 4.2.3 对比分析两种荷载类型对剪力滞影响
• 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢