详情

原文传递行车荷载作用下混凝土曲线箱梁剪力滞效应研究

论文题名：	行车荷载作用下混凝土曲线箱梁剪力滞效应研究
关键词：	行车荷载;曲线箱梁桥;箱型截面;剪力滞效应;有限元模拟
摘要：	曲线箱梁是一种常见的桥梁结构形式。它不仅能够满足各个方向的交通连接，也能实现公路线形的要求，其截面形式还能满足预应力混凝土结构的空间部署以及各类管线等公共设施的安装的需要。此外，箱型截面自重轻、截面抗弯和抗扭刚度大的优点使箱型梁在施工和使用过程中具有非常好的稳定性，其顶板和底板具有足够的混凝土面积，能够有效地满足配筋的要求，因此在桥梁结构工程中被广泛应用。然而，在箱梁中，由于剪切变形沿箱梁翼缘板宽度非均匀分布会引起剪力滞效应，从而对桥梁的安全造成一定的影响。工程实践证明，对剪力滞效应的忽略，是造成一些重大工程事故的主要原因。目前，静荷载作用下截面形式相对比较简单的曲线箱梁剪力滞效应已经进行了大量充分研究，取得了一些研究成果；在静荷载作用下的曲线箱梁剪力滞效应除了具备一般直线箱梁剪力滞效应的一般规律外，由于曲线箱梁截面形式及受力状况的复杂性，使其更具有特殊性，在一定程度上也会加剧剪力滞效应的影响。对于动荷载作用下曲线箱梁的剪力滞效应，还少有研究成果。为此，本文以简支曲线箱梁为研究对象，采用大型通用三维有限元软件 ANSYS，分析了曲线箱梁在行车荷载作用下的剪力滞效应。主要内容有：　　（1）行车荷载的数值模拟。从动荷载作用下桥梁的动力响应出发，提出既能对曲线箱梁剪力滞效应进行分析，又能使用有限元方法进行分析计算的荷载模型。在有限元分析中，将行车荷载简化为四个点荷载沿着顶板与腹板交接线运动。　　（2）曲线箱梁行车荷载作用下不同结构参数对剪力滞效应的影响规律。通过采用有限元方法，利用ANSYS软件，建立行车荷载作用下简支曲线箱梁分析模型，分析了箱梁高度h、腹板厚度t、曲率半径r与腹板间距d等参数对简支曲线箱梁剪力滞效应的影响规律，总结出在各种不同的结构参数影响下曲线箱梁剪力滞效应的变化规律。结果表明，几个参数对曲线箱梁剪力滞效应都有影响，影响大小各不相同，而箱梁高度h的对曲线箱梁剪力滞效应的影响最明显。　　（3）探讨了不同的行车荷载速度对简支曲线箱梁剪力滞效应的影响变化。采用五种不同的行车速度，速度由静止逐渐加倍，即由0m/s变化到8m/s，研究不同速度的变化对曲线箱梁在同一行车荷载作用下产生的剪力滞效应的影响，得到简支曲线箱梁在行车荷载作用下不同的速度对剪力滞效应的影响变化。结果表明，当行车荷载速度在0～6m/s之间时，外侧的剪力滞系数逐渐增加，内侧的剪力滞系数逐渐减小；当行车荷载速度超过6m/s时，外侧的剪力滞系数开始减小，内侧的剪力滞系数开始增加，速度对曲线箱梁剪力滞效应的影响比较明显。　　（4）探讨了不同的行车荷载作用位置对简支曲线箱梁剪力滞效应的影响。在通常采用的荷载作用位置的基础上，即荷载沿着顶板与腹板交接线移动，增加另外的两种不同荷载作用位置，分别是：行车荷载分别靠近内侧移动与靠近外侧移动，在有限元模型中为分别向内侧和外侧移动两个网格距离。通过三种不同的荷载作用位置，对比行车荷载作用位置分别由外侧向内侧移动这三种情况下曲线箱梁的剪力滞效应变化情况。分析表明荷载作用位置对曲线箱梁剪力滞效应的影响非常明显。　　（5）曲线箱梁与直线箱梁剪力滞效应的对比分析。曲线箱梁结构参数化分析结果显示，曲线箱梁高度对剪力滞效应影响最为明显，因而设置三种不同箱梁高度建立有限元模型，分析了简支曲线箱梁和简支直线箱梁在1/4L、1/2L、3/4L横截面位置处，顶板的应力分布随高度变化的规律及内外侧的剪力滞系数变化特征，结果表明在顶板与腹板的两条交接线位置处，简支曲线箱梁的外侧剪力滞系数大于内侧的剪力滞系数，简支直线箱梁交接处的剪力滞系数处于两者之间，1/4L与3/4L顶板横截面处的应力分布较为类似，而1/2L横截面处的应力分布与1/4L和3/4L横截面处的应力分布非常不同，1/2L处应力曲线更为平缓。
作者：	张伟
专业：	防灾减灾工程及防护工程
导师：	卢海林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	武汉工程大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文