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箱形梁剪力滞效应分析中的合理翘曲位移模式及其应用研究
| 论文题名： | 箱形梁剪力滞效应分析中的合理翘曲位移模式及其应用研究 |
| 关键词： | 薄壁箱形梁;剪力滞效应;能量变分法;翘曲位移函数;附加挠度 |
| 摘要： | 随着我国桥梁建设的蓬勃发展,在众多的桥梁截面形式中,箱形截面梁,顾名思义截面形状犹如“箱子”有其优越的截面特性,受到桥梁设计师的青睐。而其中大悬臂板、宽体箱梁成为主要的发展趋势,由此剪力滞效应问题将被重点考虑。在以往的理论研究中,箱形梁剪力滞效应的分析方法众多,各自有其自身的适用条件和优缺点,基于最小势能原理的能量变分法最为经典和有效。但是传统的能量变分法分析剪力滞效应还是有一定的不足和缺陷,比如无法满足轴力自平衡条件,所选取的剪力滞翘曲位移函数缺乏严密的理论论证,针对不同板宽的翼板没有合理的修正,所推导的纵向应力计算式太过于繁琐复杂等。本文就这些问题做出较详细的理论分析和修正,并建立ansys数值算例模型验证本文提出的分析方法,具体工作包括以下几个方面: 1.归纳出以往文献中对剪力滞翘曲位移函数定义的类型,主要有抛物线型和余弦曲线型,给出它们各自的假设条件和优缺点。并从控制剪力滞效应的翼板剪切变形规律出发,提出定义剪力滞翘曲位移的新方法。 2.以薄壁箱形梁的弯曲计算理论为基础,分析各翼板的剪切变形规律,给出剪力流计算式,并假定翼板横向位移对纵向坐标的导数很小可忽略不计,从理论上证明二次抛物线是较为合理的剪力滞翘曲位移函数。通过对全截面增加一个常数使翘曲应力满足轴力自平衡条件,对悬臂板和底板以不同板宽和水平形心轴不同距离作出修正,定义新的剪力滞翘曲位移函数。 3.将剪力滞效应引起的附加挠度作为剪力滞广义位移,定义剪力滞广义力矩作为对应剪力滞翘曲应力的广义力。这样所得到的考虑剪力滞效应后的纵向应力表达式和相应初等梁理论计算式形式一致,且物理意义更为明确。 4.以变分法原理建立控制微分方程,并通过边界条件求解得到简支箱形梁、悬臂箱形梁作用集中荷载和分布荷载的剪力滞附加挠度表达式,进而与初等梁弯曲理论结果叠加可得到考虑剪力滞效应后的箱形梁纵向应力和竖向挠度。 5.通过简支梁和悬臂梁两个计算算例,依据本文的理论方法分别求解在选取不同翘曲位移函数时的纵向应力,并建立ansys数值模型,验证本文的分析方法和建立的公式是否合理。 6.对一作用对称集中荷载的预应力混凝土简支梁算例的计算表明,实际的桥梁设计中,如若不考虑剪力滞效应时,对竖向挠度的影响可忽略不计,但纵向应力则相差较大,无法忽略。 |
| 作者： | 康喜东 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 张元海 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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