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原文传递单箱多室波形钢腹板曲线箱梁桥的扭转性能分析

论文题名：	单箱多室波形钢腹板曲线箱梁桥的扭转性能分析
关键词：	曲线箱梁桥;波形钢腹板;扭转效应;力学模型;畸变性能
摘要：	本文依托国家自然科学基金项目，对单箱多室波形钢腹板组合截面曲线箱梁桥约束扭转性能进行探究，分析时主要面临两大问题，一是波形钢腹板曲梁的弯扭耦合效应，理论过于复杂;二是相对于传统使用的混凝土腹板，波形钢腹板组合截面更易发生扭转变形和畸变变形。针对这两个问题，本文基于曲梁基本理论、薄壁结构扭转理论以及有限元软件进行了相关探索，研究成果有如下几点: 　　(1)基于曲线梁的平衡方程，利用力学分解法，在允许范围内，将曲线箱梁简化为直线箱梁进行计算，并将这一方法运用于波形钢腹板曲线箱梁。对比曲梁理论精确解与简化方法近似解表明:两端简支的波形钢腹板曲线箱梁，当圆心角在40°以内时，简化分析方法适用。对于两端固支的波形钢腹板曲线箱梁，当弯扭刚度比为1（或5、10、20、50）时，圆心角控制在45°(26°、17°、12°、8°)以内，简化分析方法适用。　　(2)基于薄壁结构扭转分析理论，推导单箱多室波形钢腹板曲线箱梁桥的扭转效应公式，比较理论解和有限元结果，表明:理论公式有一定的精确性，约束扭转主要产生的是约束扭转剪应力，约束扭转翘曲正应力较小，但增大曲梁曲率会增加约束扭转翘曲正应力，这一点对于波形钢腹板曲线箱梁桥要重点关注。　　(3)基于“等代框架”力学模型，考虑曲率的影响，推导单箱多室波形钢腹板曲线箱梁桥畸变效应公式。对比理论解和有限元结果，研究结果表明:理论公式有一定的精确性;曲梁曲率是产生截面畸变效应的不利因素。　　(4)针对波形钢腹板扁平箱梁，对比箱室数量对单箱多室波形钢腹板桥梁的影响。研究表明:箱室数量的增加对波形钢腹板抗扭性能的提高较小，但对控制畸变变形有着很大的作用。　　(5)设置波形钢腹板的倾斜角可以提高波形钢腹板的抗畸变刚度，有利于控制畸变变形。腹板倾斜角在小范围内对截面的畸变效应影响不是很大，但当倾斜角超过10°时，其抗畸变刚度的提高在10％以上。　　(6)设置支座预偏心，可以改善波形钢腹板曲线箱梁的扭矩分布，控制截面扭转角，但截面的翘曲扭转正应力会增大，这一点对波形钢腹板较为不利。　　(7)无论是波形钢腹板简支梁桥还是连续梁桥，在满足抗弯承载力的要求下，体外预应力束的布置一般会加剧截面上缘整体外翻的可能性，而体内预应力束则可通过合理的线形达到抵抗扭矩的效果。　　(8)对比不同腹板类型曲线箱梁畸变性能的差异。研究表明:波形钢腹板的横向抗弯性能高于平钢腹板，波形钢腹板抗畸变性能比平钢腹板优越，而混凝土腹板比前两者抗畸变性能更优越。　　(9)利用ANSYS有限元软件，揭示了横隔板合理间距与曲率、腹板高厚比以及顶底板宽厚比的关系，拟合了波形钢腹板曲线箱梁桥横隔板间距的计算公式。结果表明:拟合公式具有一定的安全性和适用性。
作者：	黎杰
专业：	土木工程；桥梁与隧道工程
导师：	丁汉山
授予学位：	硕士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文