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原文传递新型波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应分析与研究

论文题名：	新型波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应分析与研究
关键词：	波形钢腹板;偏载作用;能量变分原理;模型试验;剪滞剪切效应
摘要：	本文通过理论分析和有限元模拟分别进行了新型波形钢腹板（CSW）组合箱梁剪滞剪切变形、偏载作用以及梗腋对新型波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应影响的研究，并通过试验数据来验证有限元及理论数值的正确性。具体研究内容如下：　　（1）依据某实际桥梁的设计图制作了1:5的缩尺试验模型，利用某桥墩桥墩的连系横梁作为千斤顶加载的反力装置进行加载试验。通过对试验梁所进行的三种工况（集中荷载工况、对称加载工况以及偏心加载工况）的加载试验结果，得到了各个工况下的挠度值及截面应变分布值，利用ANSYS软件建立了模型试验梁的精细化三维有限元模型，进行了有限元数值仿真分析。　　（2）基于铁木辛柯梁理论，考虑钢腹板剪切变形对新型波形钢腹板（CSW）组合箱梁剪力滞效应的影响，对集中加载的弯剪段和对称加载的纯弯段进行对比分析，分析了剪力滞效应沿桥纵向的变化规律。运用变分法推导出新型CSW组合箱梁剪力滞效应的边界条件和基本控制微分方程，最终建立了在集中加载工况和对称加载工况作用下的剪力滞系数计算公式。　　（3）对受偏心荷载的新型CSW组合箱梁剪力滞效应进行研究，首先通过乌氏第二理论得到新型波形钢腹板组合箱梁的约束扭转下的剪力流表达式，结合弯曲理论剪力流表达式推导得到偏载作用下的最大位移差值函数，以及定义了适合偏载作用下各翼板的翘曲位移形函数，根据最小势能原理得到各翼板的纵向位移函数，将得到的正应力结果与约束扭转产生的正应力叠加得到偏心荷载下的正应力表达式，最终求得偏心荷载在跨中截面时的剪力滞系数公式。　　（4）考虑梗腋在波形钢腹板组合箱梁剪力滞效应的影响，通过剪力流公式定义了考虑梗腋影响后的修正系数，运用变分法得到对应的微分方程，然后求出简支波形钢腹板组合箱梁在集中荷载作用的剪力滞系数计算公式，采用数值模拟进行对比验证。最后通过调整梗腋尺寸参数，研究梗腋形状变化对剪力滞效应的影响。　　结果表明：（a）所推导的剪力滞系数计算公式求得的理论值与试验梁及其ANSYS有限元仿真结果吻合度良好；集中加载工况作用下，混凝土顶板剪力滞效应系数从支座到跨中变化幅度较大，八分之一处的剪力滞系数约为跨中处的130%；对称纯弯加载工况作用下，混凝土顶板剪力滞效应系数在纯弯段接近1且变化幅度小，在荷载作用点附近取得极值；与双点荷载的纯弯段相比，集中荷载工况下弯剪段的剪力滞系数提高5%-10%。　　（b）偏心荷载一侧的剪力滞效应明显强于另一侧，可知约束扭转产生的附加翘曲应力对新型CSW组合箱梁的剪力滞效应影响较大，使得一侧剪力滞系数有了显著提高：当集中荷载的偏心距达b/2时，截面最大剪力滞系数比荷载作用在中心点时提高了18.5%；当偏心距为b时，截面最大剪力滞系数相对于无偏心时提高了28.8%。　　（c）考虑梗腋影响的波形钢腹板组合箱梁剪力滞系数较未考虑其影响情况下的剪力滞系数大幅度降低，集中荷载作用下剪力滞效应系数减小约10%；当梗腋宽度与上翼板宽度的比值大于0.5时，对剪力滞效应的影响变化较小，梗腋高度约为其宽度的0.16倍时对剪力滞效应影响最大。
作者：	鲁宁宁
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