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简支曲线钢箱梁桥剪滞效应及抗倾覆分析
| 论文题名： | 简支曲线钢箱梁桥剪滞效应及抗倾覆分析 |
| 关键词： | 简支曲线钢箱梁桥;抗倾覆能力;剪滞效应;有限元计算 |
| 摘要： | 曲线梁桥因为其自身优点在高速公路、城市快速路，互通式立交桥、高架桥等中被频繁采用，造型上能给城市的发展带来了活力与便利并给人以美的享受。曲线钢箱梁由于箱梁薄壁结构特性以及曲率的影响，截面在发生竖向弯曲时会产生“弯-扭”耦合作用，有明显的剪力滞效应及翘曲现象，空间受力复杂。同时由于钢箱梁结构材料自重相对较轻，用于独柱墩时桥梁整体抗倾覆能力相对较弱。 本文依据苏州市某互通式立交匝道桥一单跨简支曲线钢箱梁桥为工程背景。根据典型单箱双室截面箱梁的结构特点，选取精确度较高的二次抛物线形式作为剪力滞翘曲位移函数，利用能量泛函变分原理，建立了曲线钢箱梁体系的总势能，按泛函变分原理导出箱梁考虑弯扭、剪力滞耦合的弹性控制微分方程及相对应的边界条件，最后用伽辽金法求解了简支曲线箱梁控制微分方程的应力数值解。建立了层合分块板元、三维实体单元两种力学分析模型，对曲线钢箱梁的剪力滞效应及空间受力进行了深入系统分析。运用曲梁理论、空间梁单元模型系统分析了简支曲线钢箱梁桥的整体抗倾覆性能。研究结论如下： 1、本文提出的能量变分法、层合分块板元、三维实体单元等三种力学模型均能反应给定的简支曲线箱梁各截面上的应力分布规律，其中能量变分法分析数值最大、层合分块板元次之、三维实体有限元最小，但总体相差在5%以内，梁式单元分析钢箱梁结构有较大误差。 2、曲线钢箱梁在不同类型布载作用下，各截面应力分布很不均匀，存在明显的剪力滞现象，本工程钢箱梁最大剪力滞系数在1.5~1.6之间，自重作用最大剪力滞系数在L/4截面附近，车道荷载布载作用下剪力滞系数与车辆横向布载位置有关。实际工程中需高度重视钢箱梁这种薄壁结构的剪力滞效应分析。 3、曲线钢箱梁结构桥梁因其自重相对较轻，在重载交通轴载作用下易出现抗倾覆能力不足现象，小跨径直线桥梁宜慎重采用；曲率半径、支座间距的增大能提高曲线梁桥的抗倾覆能力；在满足抗倾覆要求的前提下，文中得出的不同曲率半径对应的跨径区间、不同跨径下对应的最小曲率半径及相关拟合公式可用于类似工程设计分析时借鉴采用。曲线桥梁方案设计阶段应加强抗倾覆稳定初步分析，选择适宜的曲率半径、桥梁跨径。 4、采用曲梁理论可以快速分析简支曲线钢箱梁的抗倾覆能力，计算精度略高于一般梁有限元计算分析结果，为桥梁工程的实际应用提供了一种备选参考方法。 |
| 作者： | 王泉宇 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 李新生 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 苏州科技大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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