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原文传递基于有限梁段法的变截面连续箱梁桥剪力滞效应分析

论文题名：	基于有限梁段法的变截面连续箱梁桥剪力滞效应分析
关键词：	变截面连续箱梁桥;剪力滞效应;有限梁段法;薄壁箱梁
摘要：	目前，在桥梁的建设中出现了不同截面形式的箱梁桥。常见的等厚度薄壁箱形截面是桥梁工程应用中最为典型的一类截面，求解剪力滞效应时最常用到的方法是能量变分法。在工程设计中，为了外形美观和受力高效，常将其设计为变截面的形式。对于变截面箱梁的剪力滞效应，使用解析法求解时较为困难，分析不够快捷，通常需要借助高效快速的数值分析方法进行分析求解。　　为了分析变截面箱梁桥的剪力滞效应，从引起剪力滞效应(平面内剪切变形)的本质出发，计算得到二次抛物线的翘曲位移模式。通过引入附加挠度作为一种新的广义位移，描述了剪力滞的变形状态，并建立了关于附加挠度f的控制微分方程。以f0(附加挠度)、f0''(附加挠曲转角)、Mω0(广义力矩)和Qω0(附加剪力)作为初参数，给出了微分方程的初参数解。在仅考虑剪力滞位移自由度的情况下，根据4个初参数解，提出一个4自由度的箱梁梁段单元。根据附加挠度控制微分方程的齐次解，推导了箱梁梁段单元的刚度矩阵和等效节点力列阵，并利用FORTRAN语言编写了相应的计算程序。为了验证该箱梁梁段单元的可靠性，对一个直线变高度悬臂箱梁进行计算分析，并与ANSYS的计算结果进行了验算比较，最后对某三跨变截面连续箱梁桥进行研究分析。根据截面面积和惯性矩相等的原则，将变截面等效为在横截面内厚度相同的截面来计算。利用划分原则，将主桥(40m+60m+40m)共分为83个节点、82个单元，共有24种截面类型和23种单元类型。根据桥梁的主跨跨度和箱梁截面的宽度，在桥面上布设了两条车道。在桥梁实例的结构最不利位置处(弯矩影响线)加载车道载荷模拟实际情况，以反映实际工程中不同载荷模式下的剪力滞效应。为表达剪力滞效应对箱形梁截面各点应力的影响程度，定义一个描述该现象的剪力滞系数λσ进行说明。研究结果表明：　　（1）本文提出的箱梁梁段单元及研究方法是可靠有效的，可作为解决实际工程中变截面箱梁桥剪力滞效应的依据。　　（2）在剪力滞的影响下，通过在桥梁不同位置施加载荷，各个截面的剪力滞系数λσ不同。工况一(主跨跨中的弯矩达到最大)：主跨跨中截面和中支点截面的剪力滞系数λσ分别为1.095和1.093；工况二(左跨跨中的弯矩达到最大)：左跨跨中截面和中支点截面的剪力滞系数λσ分别为1.092和1.214；工况三(中支点的弯矩达到最大)：左跨跨中截面和中支点截面的剪力滞系数λσ分别为1.150和1.143；工况四(均布载荷)：主跨跨中截面和中支点截面的剪力滞系数λσ分别为1.024和1.164；工况五(分布载荷)：主跨跨中截面和中支点截面的剪力滞系数λσ分别为1.022和1.182。　　（3）在不同的工况下，λσ沿纵桥方向的分布趋势有不同的差异。工况一(主跨跨中的弯矩达到最大)：在中支点和主跨跨中附近的剪力滞现象突出；工况二(左跨跨中的弯矩达到最大)：在中支点和左跨跨中附近的剪力滞现象突出；工况三(中支点的弯矩达到最大)：在中支点附近的剪力滞现象突出；工况四(均布载荷)：在中支点和边支点附近的剪力滞现象突出；工况五(分布载荷)：在中支点和边支点附近的剪力滞现象突出。　　（4）在五种不同工况下，绘制的广义力矩和弯矩具有相似的分布规律，并且在弯矩的反弯点处发生正负剪力滞效应转变现象。因此，在未来的桥梁研究中应重点考虑，优化结构，使桥梁设计更安全。
作者：	赵志
专业：	建筑与土木工程
导师：	张元海;李林
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022