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基于正交异性方法的波纹钢箱涵受力性能研究
| 论文题名： | 基于正交异性方法的波纹钢箱涵受力性能研究 |
| 关键词： | 覆土波纹钢箱涵;正交异性板;受力性能;有限元计算 |
| 摘要： | 覆土波纹钢箱涵因其结构强度高、变形能力好、施工速度快和抗震性能好等优点是近年来国内大量推广应用的新型结构形式。但是对浅覆土波纹钢箱涵的局部活载效应以及抗震性能还缺乏系统深入的研究。本文建立了正交异性板的覆土波纹钢箱涵有限元模型,通过局部加载及自振特性试验数据进行了数值模型验证，并与二维梁单元模型对比，决定采用正交异性板模型研究铺设波纹钢减载板对波纹钢箱涵的减载效果和波纹钢箱涵的抗震性能，为大跨度浅覆土的波纹钢箱涵应用提供技术支持。主要研究内容和成果如下： （1）采用刚度等效的方法建立正交异性板有限元模型，将波纹钢板结构各向异性转换为材料各向异性，既可以体现出波纹钢板在横向以及纵向两个方向上的刚度差异，又减少了建模复杂度和计算结果不收敛的风险。与建立的二维梁单元模型进行有限元建模对比，得出两种模型在进行波纹钢箱涵结构有限元计算时的适用范围。 （2）通过波纹钢箱涵局部加载的试验数据验证正交异性板模型的有效性发现，该模型对波纹钢箱涵拱顶及拱肩两个关键部位的模拟结果更接近实测值，二维梁单元模型的应力模拟结果偏大，但是对波纹钢箱涵结构整体变形模拟更为准确。局部加载中两种模型都是有效的，在进行考虑波纹钢板两个方向刚度差异的计算时，选择正交异性板模型进行简化更合适。通过自振特性试验发现，土体对模型桥整体刚度的提升要低于对整体的质量提升效果，因此覆土后结构自振频率降低。通过自振特性试验数据验证正交异性板模型的有效性发现，正交异性板模型前四阶频率更接近实测值，二维梁单元模型会出现模态丢失，因此在进行动力计算时采用正交异性板模型进行简化更为合适。 （3）通过建立的正交异性板有限元模型，按照实际工程要求，得出铺设波纹钢减载板前后波纹钢箱涵的受力变化，并对波纹钢减载板以及波纹钢箱涵主体结构进行参数分析，得到波纹钢减载板的设计建议。 （4）通过建立的正交异性板有限元模型，进行覆土波纹钢箱涵的抗震性能研究。在选取的三种地震波横向作用下，最大应力出现在波纹钢箱涵拱肩位置，最大加速度出现在拱脚位置，应注意对拱肩及拱脚位置的保护。研究激励方向对波纹钢箱涵抗震性能的影响发现，波纹钢箱涵结构的应力对竖向地震波作用更为敏感，变形对横向地震波作用更为敏感。 |
| 作者： | 韦佳明 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 刘保东 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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