原文传递
新型波形钢腹板组合箱梁桥弯曲与扭转性能分析
| 论文题名： | 新型波形钢腹板组合箱梁桥弯曲与扭转性能分析 |
| 关键词： | 箱梁桥;动力特性;波形钢腹板;有限元模拟;扭转性能 |
| 摘要： | 新型波形钢腹板组合箱梁桥是传统波形钢腹板组合箱梁桥的一种改进，能够充分地发挥钢材与混凝土各自的性能，对于结构的受力方面有明显的改善，能够解决利用混凝土作底板时产生的开裂问题。将传统波形钢腹板组合箱梁桥的混凝土底板用平钢板代替能够大幅度地降低箱梁的自重，提高其跨越能力和使用寿命。作为一种新型组合结构梁桥，相关研究都还处于发展阶段，为了研究该桥型的弯曲与扭转性能，以兰州市景中高速机场连接线的新型波形钢腹板组合箱梁桥为背景，采用理论推导、数值模拟的方法对其力学性能展开研究，主要研究工作如下： （1）考虑剪切变形和剪力滞效应，首先利用Hamilton原理对新型波形钢腹板组合箱梁桥的自由振动控制微分方程和自然边界条件进行理论推导，再利用Galerkin法对能量变分结果进行简化，进而得到新型波形钢腹板组合箱梁桥竖向弯曲振动频率的计算公式。根据推导出的理论公式对两算例进行计算，并将理论计算值与实桥的实测值、模型试验值、有限元值和文献计算值进行了对比，验证了其正确性。结合已验证的理论公式，分析了高跨比、宽跨比、波形钢腹板和钢底板厚度、桥梁跨径、剪力滞效应和剪切变形对箱梁竖向弯曲振动频率的影响，并通过国外不同的理论方法对基频进行对比，总结出了该桥型基频估算的合理方法。 （2）在考虑箱梁自由扭转扭矩与约束扭转扭矩的基础上，基于闭口截面杆件的扭转理论，运用能量变分法推导出新型波形钢腹板组合箱梁桥的扭转振动频率计算公式，将推导的理论公式计算值与有限元值进行对比，误差均在允许范围内，验证了所推导的扭转振动频率理论公式的正确性。通过改变箱梁内横隔板的数量和曲率半径，研究了以上两方面因素对新型波形钢腹板组合箱梁桥扭转振动频率和竖向弯曲振动频率的影响，从而提出合理的工程设计建议。 （3）基于乌曼斯基第二理论，推导出新型波形钢腹板曲线组合箱梁桥约束扭转微分方程，结合边界条件，给出了新型波形钢腹板曲线组合箱梁桥约束扭转正应力和约束扭转剪应力的计算方法。利用ANSYS19.0建立新型波形钢腹板曲线组合箱梁桥的有限元模型，得到曲线梁扭转应力的精确计算结果，并将顶底板的理论公式计算值与有限元值进行对比，误差在允许范围内，从而验证了公式的合理性。通过已验证的理论公式探究了曲率半径对新型波形钢腹板曲线组合箱梁桥的约束扭转双力矩和扭转应力的影响，以及不同腹板类型对曲线梁翘曲刚度、抗扭刚度、截面约束系数等的影响，并对不同横隔板数量下曲线梁的顶底板应力进行了分析。 |
| 作者： | 温凯康 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 冀伟;史爱红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2022 |
检索历史
应用推荐
