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波纹钢腹板箱梁桥截面优化设计和剪力键疲劳性能研究
| 论文题名： | 波纹钢腹板箱梁桥截面优化设计和剪力键疲劳性能研究 |
| 关键词： | 波纹钢腹板箱梁桥;截面优化设计;剪力键;疲劳荷载;有限元模型 |
| 摘要： | 波纹钢腹板箱梁桥恰到好处地将混凝土与钢结合起来，充分发挥了混凝土的抗压性能和钢腹板的抗剪性能，这是桥梁界的一大进步。随着波纹钢腹板箱梁桥在我国快速发展，其截面参数取值的规范化、剪力键的设计及其疲劳性能等问题亟待研究。依托30m双箱单室波纹钢腹板简支箱梁桥，通过反复改变截面参数，建立多个有限元模型，对参数进行优化分析。并以该桥剪力键为原型，设计5个推出试件模型，进行疲劳性能研究。主要研究内容及成果如下: (1)通过结构力学单位荷载法，求解了波纹钢腹板纵向等效弹性模量和等效直钢板厚度。并结合薄壁杆件结构力学推导了波纹钢腹板箱梁单室剪力流计算公式，证明了波纹钢腹板中剪应力沿竖向基本均匀分布，且混凝土顶底板承担相当一部分剪应力。基于初等梁理论，得到任意集中荷载作用下考虑剪切变形后波纹钢腹板箱梁的挠度公式，通过与现有文献对比，印证了理论公式的正确性。 (2)详细介绍了建模过程中的节点耦合、网格粗细划分及体外预应力模拟等问题。以截面腹板厚度、直腹板长度、折叠角度、混凝土顶底板厚度比及高跨比为变量，通过反复建模，分析组合箱梁桥的抗弯、抗剪和抗扭性能，确定了各参数的具体优化取值。 (3)介绍了疲劳分析的基础理论，归纳总结了剪力键的疲劳荷载幅值的确定方法:最不利截面分析法、疲劳应力历程模拟法、极限承载力分析法。在此基础上设计了Twin-PBL剪力键的推出实验，并制定详细的静载实验方案和疲劳实验方案。 (4)通过有限元模拟分析了剪力键的静载特性和疲劳特性，其模拟分析结果与试验结果基本相符，相互验证了有限元法和试验方案的准确性。试验确定了Twin-PBL剪力键静载破坏和疲劳破坏形态，并拟合出该剪力键的疲劳寿命公式。为Twin-PBL剪力键的抗疲劳性能研究提供参考。 |
| 作者： | 王强 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 姜天华 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉科技大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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