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原文传递变宽截面钢箱梁剪力滞效应研究

论文题名：	变宽截面钢箱梁剪力滞效应研究
关键词：	箱梁桥;变宽度梁;剪力滞效应;能量变分法;有限元法
摘要：	变宽箱梁相较于普通箱梁，因其对复杂地形的适应性更强，故近年来在实际工程中的运用逐渐增多。但有关变宽箱梁的理论研究较少，且研究方法多为有限元法。本文研究了两种变宽形式箱梁的对称弯曲性能。主要的工作及结论如下：　　(1)以三次函数作为顶板变宽箱梁的位移函数，考虑顶板宽度变化对箱梁应变能的影响，基于能量变分原理和差分法，推导顶板变宽箱梁在均布荷载和集中荷载作用下的剪力滞效应的相关公式。经分析可知，当顶板变宽箱梁退化为等截面箱梁时，其剪力滞效应控制微分方程和边界条件也适用于等截面箱梁。结合工程实例，建立ANSYS顶板变宽箱梁模型，验证顶板变宽箱梁剪力滞公式的适用性和准确性，并分析顶板变宽箱梁与等截面箱梁的剪力滞分布差异。结果表明：变分法应力结果与有限元法结果均吻合较好，与等截面梁一样仍然存在明显的剪力滞现象；均布荷载作用下，顶板变宽箱梁比等截面箱梁的应力分布曲线变化幅度更大；集中荷载作用下，变宽箱梁和等截面箱梁应力曲线分布相近。对比均布和集中荷载作用下顶板变宽箱梁跨中截面的剪力滞系数，结果发现：相较于均布荷载，集中荷载作用下的变宽箱梁剪力滞效应更加明显，剪力滞系数分布曲线变化幅度更大。　　(2)以三次函数作为悬臂板变宽箱梁的位移函数，考虑悬臂板宽度变化对箱梁应变能的影响，基于能量变分原理和差分法，推导悬臂板变宽箱梁在均布荷载和集中荷载作用下的剪力滞效应的相关公式。经分析可知，当悬臂板变宽箱梁退化为等截面箱梁时，其剪力滞效应控制微分方程和边界条件也适用于等截面箱梁。结合工程实例，建立ANSYS悬臂板变宽箱梁模型，验证悬臂板变宽箱梁剪力滞公式的适用性和准确性，并分析悬臂板变宽箱梁与等截面箱梁的剪力滞分布差异。结果表明：变分法应力结果与有限元法结果均吻合较好，与等截面梁一样仍然存在明显的剪力滞现象；均布荷载和集中荷载作用下，悬臂板变宽箱梁均比等截面箱梁的应力变化曲线平缓，应力峰值也更低。对比均布和集中荷载作用下顶板变宽箱梁跨中截面的剪力滞系数，结果发现：相较于均布荷载，集中荷载作用下的变宽箱梁剪力滞效应更加明显，剪力滞系数分布曲线变化幅度更大。　　(3)以有限元法对变宽箱梁进行截面参数分析。主要参数有：宽跨比、高跨比、顶板厚度、底板厚度、腹板厚度。建立多个有限元模型，并绘制出剪力滞系数变化曲线。由剪力滞系数变化曲线可知：参数变化对跨中截面剪力滞影响较大。对于顶板变宽箱梁，宽跨比对其剪力滞效应影响较大，高跨比、顶板厚度和腹板厚度对剪力滞有一定程度的影响，底板厚度对其影响最小；对于悬臂板变宽箱梁，宽跨比和高跨比对其剪力滞效应影响均较大，顶板厚度、腹板厚度有一定的影响，底板厚度改变基本不引起剪力滞系数的变化。　　通过对变宽箱梁剪力滞的研究，对变宽箱梁的理论研究提供了一定的参考依据，对实际工程也有一些借鉴作用。
作者：	卢敏锋
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	丁南宏
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022