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原文传递曲线箱梁的约束扭转分析

论文题名：	曲线箱梁的约束扭转分析
关键词：	曲线箱梁;约束扭转;极惯性矩;重力作用轴线;荷载偏心
摘要：	为了分析曲线箱梁约束扭转的力学特性，从曲线箱梁约束扭转的内力与弹性变形的关系出发，推导了曲线箱梁约束扭转微分方程，应用初参数法，给出了内力、应力与变形的解析解。对跨径和横截面均相同的直线和曲线简支箱梁，在跨中作用相同的集中扭转力矩荷载，从理论上比较了直线与曲线简支箱梁约束扭转力学性能的差异。从分析横截面上的各项剪应力合成扭矩出发，本文推导了箱梁横截面极惯性矩的合理计算方法，分别针对简支箱梁与悬臂箱梁算例并结合有限元软件ANSYS的计算结果讨论了不同极惯性矩计算方法对箱梁约束扭转分析结果的影响;从重力矩平衡的角度出发，推导了本文提出的曲线箱梁重力作用轴线平面位置的计算公式，提出了曲线箱梁重力作用方式的等效计算方法，对相关文献给出了本文观点，为考虑重力作用的曲线箱梁弯扭性能研究提供了参考。针对一混凝土曲线简支箱梁模型，分析了在重力作用下曲线箱梁约束扭转的内力及变形的分布规律;保持曲线箱梁的跨径不变，分别分析了曲率变化、不同极惯性矩计算方法以及荷载偏心对曲线箱梁约束扭转受力性能的影响。　　研究结果表明:对跨径和横截面均相同的直线和曲线简支箱梁，在相同的跨中集中扭转力矩荷载作用下发生约束扭转时，曲线箱梁上的内力和变形均大于相同跨径的直线箱梁;按照考虑悬臂板计算极惯性矩后，求得的翘曲应力要比不考虑悬臂板时更接近于ANSYS壳单元的结果。对于跨中作用集中扭转力矩荷载的简支箱梁，无论按考虑或不考虑悬臂板计算极惯性矩，对箱梁的扭转角和广义翘曲位移的影响很小，但对内力的影响较大，不考虑悬臂板时将大大低估箱梁的双力矩;对于悬臂箱梁，计算极惯性矩时，无论是否考虑悬臂板对截面扭转角的计算影响较小，但对双力矩的影响明显。双力矩在固定端附近有明显的局部衰减现象，悬臂板宽度的增加能一定程度提高悬臂箱梁的抗扭性能，减小自由端的扭转，但会使沿梁轴的应力发生重分布，使得固定端及其附近截面的双力矩和翘曲正应力增大;曲线箱梁由于受到结构曲率的影响，重力作用轴线的平面位置与结构剪心轴线并不重合，在重力作用下，曲线箱梁约束扭转时横截面内外侧的应力分布并不对称;当跨径不变时，曲线箱梁在重力作用下发生约束扭转时，梁内的弯矩、扭矩和翘曲双力矩均随曲率半径的增大而减小并且逐步接近直线箱梁在重力作用下约束扭转的计算结果;结构重力是曲线箱梁约束扭转内力及变形控制的关键因素，单一集中力作用位置的内侧偏心在一定程度上有利于减小箱梁约束扭转时的内力及变形。
作者：	刘泽翔
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：	2018
正文语种：	中文