波纹钢腹板预应力混凝土箱梁腹板稳定性研究

论文摘要

波纹钢腹板预应力混凝土箱梁桥成功的将混凝土和钢两种材料结合起来,提高了材料的使用效率,并且波纹钢腹板预应力混凝土箱梁结构美观,有很好的应用前景。但是,波纹钢腹板预应力混凝土箱梁结构目前在国内的应用比较少,设计与施工水平还有待进一步提高。本文研究的主要目的是针对波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥,通过有限元分析计算和理论公式的推导,研究波纹钢腹板预应力混凝土箱梁腹板的稳定性及其设计方法中的一系列关键问题。采用有限元分析方法与理论公式计算相结合的方法,研究了波纹钢腹板预应力混凝土箱梁腹板的稳定性能。通过有限元分析得到波纹钢腹板在不同边界条件下的临界剪应力；根据能量法原理,推导腹板在不同边界条件下的弹性屈曲荷载计算公式,得到其临界剪应力。将有限元的计算结果与理论公式得到的相应结果进行对比了分析,并得到理论公式计算值与有限元分析值的符合程度。以国内外现有的试验及有限元研究结果为依据,对比分析了各国学者提出的波纹钢腹板剪切屈曲强度计算公式,对各个公式的计算结果与试验结果进行了对比分析。研究了波纹钢腹板结构的稳定性设计方法,给出了波纹钢腹板组合箱梁桥设计过程中波纹钢腹板剪切刚度的计算方法以及其剪应力的验算方法,并给出了建议采用的波纹钢腹板局部剪切屈曲强度、整体剪切屈曲强度以及相关屈曲强度的计算方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.1.1 波纹钢腹板组合梁桥的发展历程
• 1.1.2 波纹钢腹板组合梁的结构形式与特点
• 1.2 钢-混凝土组合箱梁的稳定性研究现状
• 1.2.1 波纹钢腹板稳定性国内外研究现状
• 1.2.2 薄壁结构稳定性的分析方法
• 1.3 存在的问题
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第二章 不同边界条件下波纹钢腹板箱梁腹板抗剪性能分析
• 2.1 概述
• 2.2 波纹钢腹板预应力混凝土箱梁介绍及有限元分析
• 2.2.1 工程概况
• 2.2.2 单元的选取
• 2.2.3 有限元模型的建立
• 2.2.4 边界条件
• 2.3 有限元分析结果
• 2.3.1 剪应力计算结果分析
• 2.3.2 不同边界条件下腹板临界剪应力
• 2.4 本章小结
• 第三章 能量法计算波纹钢腹板的临界剪应力
• 3.1 概述
• 3.2 波纹钢腹板临界剪应力的理论推导
• 3.2.1 基本假定
• 3.2.2 波纹钢腹板的小挠度屈曲基本方程
• 3.3 波纹钢腹板加载边简支条件下的临界剪应力
• 3.3.1 四边简支条件下的临界剪应力
• 3.3.2 两边简支、两边夹支条件下的临界剪应力
• 3.4 波纹钢腹板加载边夹支条件下的临界剪应力
• 3.4.1 四边夹支条件下的临界剪应力
• 3.4.2 两边夹支、两边简支条件下的临界剪应力
• 3.5 理论计算值与有限元分析值对比
• 3.6 本章小结
• 第四章 波纹钢腹板局部与整体相关屈曲性能分析
• 4.1 概述
• 4.2 波纹钢腹板的局部剪切屈曲
• 4.2.1 局部剪切屈曲模态
• 4.2.2 局部弹性屈曲强度的计算公式
• 4.2.3 非弹性范围内局部屈曲强度的计算公式
• 4.3 波纹钢腹板的整体剪切屈曲
• 4.3.1 整体剪切屈曲模态
• 4.3.2 弹性范围内整体屈曲强度的计算公式
• 4.3.3 非弹性范围内整体屈曲强度的计算公式
• 4.3.4 整体剪切屈曲强度计算公式对比分析
• 4.4 波纹钢腹板的相关剪切屈曲
• 4.4.1 相关剪切屈曲模态
• 4.4.2 相关剪切屈曲强度的计算
• 4.4.3 相关剪切屈曲计算公式对比分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 波纹钢腹板预应力混凝土箱梁腹板稳定性设计方法
• 5.1 概述
• 5.2 波纹钢腹板剪切刚度的计算
• 5.3 波纹钢腹板剪应力的验算
• 5.3.1 腹板剪应力的计算
• 5.3.2 腹板剪应力的验算
• 5.4 波纹钢腹板的剪切强度计算
• 5.4.1 钢材的容许剪应力
• 5.4.2 局部屈曲强度的计算方法
• 5.4.3 整体屈曲强度的计算方法
• 5.4.4 相关屈曲强度的计算方法
• 5.5 波纹钢腹板的稳定设计方法
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢