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原文传递波形钢腹板PC连续箱梁桥自振特性研究

论文题名：	波形钢腹板PC连续箱梁桥自振特性研究
关键词：	组合桥梁结构;波形钢腹板;PC连续箱梁;自振特性
摘要：	波形钢腹板PC组合箱梁桥是以波折的钢腹板替代普通混凝土腹板形成的新型组合桥梁结构，其静力和动力力学行为与普通预应力混凝土箱梁结构相比有着较大差异。本文以郑州市陇海路快速通道工程主线高架常庄干渠段—波形钢腹板PC连续体系梁桥为依托，采用解析方法和有限元数值方法，对波形钢腹板PC组合连续箱梁桥的自振特性进行研究。主要研究内容及结论如下：　　（1）依托郑州市陇海路快速通道工程主线高架常庄水库桥，取其3跨连续结构，采用ANSYS有限元软件建立组合有限元模型，模型建立过程中充分考虑构造细节的处理，精确模拟箱梁倒角、波折的钢腹板、预应力钢束等，以此作为后续自振特性的计算模型。　　（2）为了对比，按照等效箱梁截面抗弯刚度的方法并依据《公路预应力混凝土箱梁设计指南》分别建立与波形钢腹板PC连续箱梁对应的两种普通混凝土连续箱梁模型，并进行模态分析，明确了两者自振特性的差异。结果表明：波形钢腹板PC连续箱梁相较普通混凝土连续箱梁的自振频率会有少许增加，质量减小；由于波形钢腹板箱梁截面的框架效应减弱，会减小箱梁的抗扭刚度；随着混凝土腹板厚度的增大，混凝土腹板箱梁的高阶振型模态顺序会发生变化，扭转振型会延后出现，说明波形钢腹板箱梁的抗扭刚度较小，需采取措施加以补强。　　（3）在考虑波形钢腹板剪切变形的基础上，计入体外束影响，推导了波形钢腹板简支梁和波形钢腹板单跨梁（一段简支，一端固结）两种边界约束下的自振频率理论公式并与有限元结果进行对比验证，探讨体内和体外预应力对波形钢腹板连续箱梁桥自振频率的影响。结果表明：施加体外预应力后，解析公式中自振频率减小，这主要是由于“应力软化”会使得几何刚度矩阵变化，引起结构刚度的降低，与传统认识是一致的；当计入预应力引起弹性模量增量时，体内、体外预应力的施加会使波形钢腹板连续箱梁的自振频率增大，与试验结果的变化趋势相吻合。　　（4）考虑预应力大小（体内、体外），波形钢腹板的波折形式（波折角度、单板宽度、腹板厚度）以及中横隔板的数量，建立相应的有限元模型，分析上述参数变化对波形钢腹板连续箱梁桥自振特性的影响。结果表明：施加预应力后，综合考虑“应力软化”引起的刚度变化以及混凝土复杂应力状态引起的弹性模量变化这两种影响因素，体内或体外预应力的增大均会使桥梁的自振频率随之增大；波形钢腹板的波折角度大小为30°左右时，箱梁各阶频率达到最大；随着单板宽度增大，各阶频率均大致表现为先增大后减小，单板宽度b的取值有其最优范围；增大波形钢腹板厚度能一定程度上增大箱梁的抗弯刚度和抗扭刚度但会减小梁的横向频率，当其增大到一定值时，箱梁的竖向、纵向刚度和扭转刚度的影响会逐渐减小。　　（5）波形钢腹板连续箱梁的扭转频率随着横隔板的增设能得到明显提高，但随着横隔板数量的增加，频率增长速率变缓，说明横隔板数量的设置应综合考虑箱梁抗扭刚度和质量的变化。
作者：	周亚鹏
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	李杰
授予学位：	硕士
授予学位单位：	郑州大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文