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原文传递正对称荷载作用下单箱三室箱梁弯曲的空间力学行为理论与试验研究

论文题名：	正对称荷载作用下单箱三室箱梁弯曲的空间力学行为理论与试验研究
关键词：	桥梁结构;单箱三室箱梁;正对称荷载;张拉索力;截面应力;剪力滞效应;有限元软件;模型试验
摘要：	随着桥梁建造技术的发展，为满足对桥梁跨度和桥面宽度的需求，越来越多的大跨度桥梁出现在我们的视野，单箱多室箱梁以其优良的特性，经常作为斜拉桥、悬索桥等体系桥梁的主梁出现。本论文在国家自然科学基金“考虑索支撑作用的多室箱梁剪力滞效应研究(51368031)”下进行研究。通过对单箱三室箱梁在正对称荷载作用下截面应力的分布规律进行理论推导、实验分析和数值验证，并进行对比分析，得出正对称荷载作用下单箱三室箱梁的截面应力分布规律以及索力对单箱三室箱梁截面应力的影响。本文主要研究内容有: 　　(1)本文从变形模式分解的角度出发，推导得出正对称荷载作用下的单箱三室箱梁截面应力的计算方法。首先将正对称荷载作用下的单箱三室箱梁分解为弯曲、扭转、畸变三种模式，并结合剪力流等效的原则，将单箱三室箱梁从中腹板截开，推导截开后箱梁的等效荷载，然后利用等效荷载分解得到箱梁的局部扭转荷载和局部畸变荷载。分别计算整体弯曲应力、局部扭转应力和局部畸变应力，最后叠加得到单箱三室箱梁的截面应力。　　(2)针对本文提出的正对称荷载作用下的单箱三室箱梁截面应力计算方法进行验证。利用ANSYS有限元软件对具体箱梁算例建立有限元数值模型，得到正对称荷载作用下单箱三室箱梁截面应力的板壳解，并与本文理论方法计算得到的理论解进行对比验证，结果表明本文提出的理论方法具有一定的合理性，且满足精度要求，对索支撑作用的多室箱梁剪力滞效应研究有一定的参考价值。　　(3)通过模型试验对本文所提正对称荷载作用下的单箱三室箱梁截面应力计算方法进行验证，并且分析试验所得截面应力的分布规律。利用单箱三室箱梁有机玻璃模型进行试验研究，分别设置均布荷载、均布荷载+边腹板双索力、均布荷载+中腹板双索力、1/4跨和3/4跨集中力+边腹板双索力、1/4跨和3/4跨集中力+中腹板双索力五种荷载工况进行试验，测定不同工况作用下截面应力的变化和分布规律。同时利用本文所述理论方法和ANSYS有限元软件对试验模型梁的截面应力进行计算，三者互相对比，进一步证明本文所提理论计算方法的合理性，也表明本文实验对索支撑作用的单箱三室箱梁剪力滞效应研究具有一定的参考价值。　　(4)分析有机玻璃模型梁在不同荷载作用下截面应力的分布变化规律，发现截面应力的最大值出现位置与索力的作用位置密切相关，同时正对称荷载作用于单箱三室箱梁时，因为局部扭转和畸变的影响，会使截面项板应力分布更加不均匀，剪力滞效应更加明显，在靠近荷载作用位置处的应力明显大于其他部位，在实际计算中不能忽视。　　(5)针对某一具体的单箱三室斜拉桥，按照本文所提方法计算拉索作用下，主梁在均布荷载和集中荷载两种工况下的危险截面应力，并通过有限元数值模型验证截面应力的计算结果，分析总结应力在截面内的分布变化规律。认为索力对斜拉桥主梁截面应力具有一定影响，较小的索力会减小箱梁截面弯曲的剪力滞效应，但索力稍大时，由于箱梁局部扭转和畸变的影响，会导致索力作用位置出现负剪力滞效应，更甚者，会使截面顶板出现局部拉应力，底板出现局部压应力。
作者：	张珂苑
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	蔺鹏臻
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