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双箱单室曲线波形钢腹板-钢底板组合箱梁剪力滞效应及自振特性研究
| 论文题名： | 双箱单室曲线波形钢腹板-钢底板组合箱梁剪力滞效应及自振特性研究 |
| 关键词： | 波形钢腹板;曲线箱梁;剪滞剪切效应;能量变分法;参数分析 |
| 摘要： | 近年来，我国桥梁事业飞速发展，波形钢腹板组合箱梁桥作为一种新型组合桥梁结构形式，较之传统预应力混凝土箱梁桥优点突出。随着国内建设的波形钢腹板组合箱梁桥愈来愈多，一种以钢底板取代混凝土底板的新型波形钢腹板组合箱梁桥走进了大众的视线。现阶段，对于这种新型波形钢腹板组合箱梁的研究成果较少，且对于曲线波形钢腹板-钢底板组合箱梁桥的研究就更为稀缺。本文采取理论推导和有限元模拟相结合的方式，重点就双箱单室曲线波形钢腹板-钢底板组合箱梁的剪力滞效应及自振特性展开了以下几个方面的研究总结，主要研究成果如下： （1）针对箱梁翼板剪切应力分布不均的特点，依次对箱梁的翼缘板设置了四个不同的纵向位移差函数。综合考虑翼板剪滞效应及腹板剪切变形，以能量变分原理建立了双箱单室直线波形钢腹板-钢底板组合箱梁的弹性控制微分方程，结合自然边界条件运用伽辽金法对微分方程进行求解，导出了该直线箱梁应力解析式，给出了集中和均布荷载作用下跨中截面纵向正应力沿梁宽方向分布规律。结果表明：文中理论值与有限元值基本吻合；在对称荷载作用下，该组合直线箱梁截面正应力分布具有对称性。 （2）在薄壁曲杆理论的基础上，考虑曲率半径的影响，将推导直线箱梁剪力滞效应的理论推广到曲线梁中去，得到了双箱单室曲波形钢腹板-钢底板组合箱梁的控制微分方程。按泛函定义导出了该曲线梁考虑弯、扭及剪滞剪切双重效应耦合的应力解。通过算例对文中理论解与有限元解对比发现：理论值与有限元值吻合良好；对称荷载作用下，该曲线梁由于曲率半径的存在导致截面正应力分布不对称，表现为截面外侧应力比对称位置处内侧应力偏大；集中荷载作用下该组合曲线箱梁的剪力滞效应比均布荷载作用下的剪力滞效应更为显著。 （3）以结构动力学为基础，结合能量变分法与Hamilton原理，同时考虑剪滞剪切双重效应，对双箱单室曲线波形钢腹板-钢底板组合箱梁的竖向弯曲自振基频进行了推导。建立有限元模型，对文中理论推导正确性进行验证。结果表明：有限元结果与理论计算结果切合良好，该理论具有一定可靠性。考虑剪滞剪切效应后结构自振频率有所降低，实际计算中，为提高计算精度宜将剪滞效应及剪切效应同时计入。 （4）基于ANSYS有限元模型，调整曲率半径、宽跨比、横隔板数量及箱间横联类型四个参数，分析这些参数对双箱单室曲波形钢腹板-钢底板组合简支箱梁的剪力滞效应及自振频率的影响规律。 |
| 作者： | 陈柯汉 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 刘世忠;张国文 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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