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斜交角对斜高墩承载性能的影响研究
| 论文题名： | 斜交角对斜高墩承载性能的影响研究 |
| 关键词： | 斜交墩;斜交角;承载性能;截面刚度;弯曲应力;桥墩变形;屈曲稳定性 |
| 摘要： | 弯矩方向不平行于截面轴向方向是对称轴为主轴的截面的斜交墩相异于这种截面的正交墩的本质原因。体现这种本质的关键与唯一参数是斜交角。本文以斜交角为参数把正高墩的顺桥向截面刚度、弯曲正应力、弯曲切应力理论解扩展到斜高墩,并且基于实际工程建立实体有限元模型分析斜交角对墩体变形与线弹性稳定性的影响。具体研究内容与成果如下: 1.基于惯性矩定义及转轴公式,引入斜交角得到斜墩顺桥向截面刚度求解公式,得出斜高墩顺桥向截面刚度相对于正高墩增大,对桥墩抗弯有利的结论。对一实桥的斜高墩进行截面惯性矩计算,对上述结论进行验证。 2.基于梁弯曲正应力公式推导了在弯矩作用下采用斜交角度、主惯性矩、主轴坐标系坐标表示的斜高墩弯曲正应力公式,得到了在顺桥向弯矩作用下斜高墩截面中性轴的位置与斜交角的关系,发现截面中性轴与弯矩所在平面不垂直。对应力公式的斜交角求导发现主轴坐标系任意坐标点的弯曲正应力随着斜交角度变化而变化,且存在极值,该点应力极值对应的斜交角度仅与该点的主轴坐标系纵横坐标比值有关。进一步分析表明矩形斜高墩(包括空心墩)顶点处最大弯曲正应力存在最不利的斜交角,且得到了矩形实心墩与空心墩该角度的解析表达式;尔后建立有限元模型计算弯曲正应力,对上述结论进行验证。 3.基于矩形截面弯曲切应力的简化理论推出了剪力作用于短边上时空心矩形截面墩的竖向切应力公式,得出了其切应力流的形式,基于空心矩形墩两边都为薄壁,将两条假设沿用于短边截面上,进一步推导出短边上的横向切应力,其值很小,计算时可忽略不计。在推导过程中,定义了面积静矩轴力差的概念。矩形斜墩承受非轴向剪力时,将剪力分解为两个轴向方向上的力,因轴向力作用在长边上时其切应力分布不符合其两条假设,所以矩形斜交墩承受非轴向剪力时,其应力分布无法简单的运用力学平衡得出,而对于空心薄壁矩形墩,其壁厚很小,在厚度截面上的应力分布可运用两条假设,所以矩形空心斜交墩长边方向承受轴向的剪力也可运用力学平衡得出截面上切应力分布情况,于是对于矩形空心斜交墩,可将其分解,让后将其所得的切应力流叠加。本文定义了切应流的起源点和终结点,对于空心薄壁矩形墩,当斜交角为45度时,其起源点和终结点在长边上。 4.通过酉水大桥斜高墩的参数变化和实体有限元计算,分析了斜交角对斜高墩变形与线弹性稳定性的影响。得到随着斜交角的增大斜高墩屈曲特征值增大的结论。 |
| 作者： | 陶伟 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 李传习 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 长沙理工大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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