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波形钢腹板组合箱梁的扭转和畸变效应分析
| 论文题名： | 波形钢腹板组合箱梁的扭转和畸变效应分析 |
| 关键词： | 波形钢腹板;组合箱梁;约束扭转;畸变效应;几何特性 |
| 摘要： | 波形钢腹板组合箱梁（CSW组合箱梁）作为一种新型的钢混组合梁，具有经济性、高效性、施工便利性等优点，在国内外迅速得到推广和发展。对于结构整体构造而言，波形钢腹板与混凝土顶底板由剪切连接件连接，箱梁的抗扭性能有所降低。CSW组合箱梁在荷载作用下的扭转和畸变效应是不可忽略的。本文以单箱单室直线型CSW组合箱梁作为研究对象，主要从约束扭转和畸变效应两方面对其受力性能进行研究，主要开展了以下工作。 对CSW组合箱梁的约束扭转进行分析，首先假定荷载作用下CSW组合箱梁截面形状保持不变，从纯扭转理论出发，计入截面由扭转产生的剪切变形。然后利用薄壁结构中应力应变关系和翘曲应力在组合箱梁截面内满足自平衡条件，推导出有关约束扭转翘曲正应力、翘曲剪应力的计算表达式及约束扭转控制微分方程，并以扭转角、翘曲位移、翘曲双力矩和扭矩为4个初参数求解微分方程。同时，针对约束扭转问题中需要用到的CSW组合箱梁截面扭转几何特性，本文通过选取合理辅助极点，推导出扭转中心、主扇性坐标、主扇性惯性矩及主扇性静矩的简便公式，并通过数值算例验证了公式的正确性。结合算例分析简支组合箱梁跨中作用集中扭矩时翘曲双力矩沿梁长的变化，揭示了波形钢腹板倾角对截面扭转几何特性的影响及翼缘板宽度和梁高等参数变化对翘曲正应力的影响规律。 对CSW组合箱梁的畸变效应进行分析，通过定义混凝土顶底板和波形钢腹板相对于畸变中心的畸变角γD为畸变位移，忽略由于畸变截面变形产生的剪切应变，建立了钢腹板与混凝土底板两部分畸变角分量之间的关系，推导出CSW组合箱梁畸变中心位置、角点应力比以及组合箱梁畸变翘曲惯性矩的计算式。基于最小势能原理，建立了畸变控制微分方程，以畸变角、畸变翘曲位移、畸变翘曲双力矩及畸变矩作为初参数，求解微分方程，并导出CSW组合箱梁畸变翘曲正应力的计算公式。对CSW组合箱梁的畸变翘曲正应力与传统混凝土箱梁结果进行对比，验证CSW组合箱梁抗扭性能降低导致其畸变效应显著。同时通过数值算例分析，验证了本文计算方法的正确性。按本文方法求得的翘曲应力值与Ansys有限元计算值及其他文献给出的计算结果吻合良好。 |
| 作者： | 张生虎 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 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： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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