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原文传递单箱多室波形钢腹板组合箱梁桥弯曲扭转性能研究

论文题名：	单箱多室波形钢腹板组合箱梁桥弯曲扭转性能研究
关键词：	波形钢腹板箱梁;单箱多室;偏载系数;抗弯极限承载力;弯曲扭转性能
摘要：	应用薄壁结构的扭转分析理论，推导了偏载作用下单箱多室波形钢腹板组合箱梁的扭转微分方程。忽略波形钢腹板平面内纵向刚度，以“等代框架”的力学模型，推导了单箱多室波形钢腹板组合箱梁截面的畸变微分方程。完成了单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的扭转与畸变试验，研究了其在偏心荷载作用下的力学性能，得到了顶底板混凝土的翘曲正应力及波形钢腹板的附加剪应力，验证了单箱多室波形钢腹板组合箱梁扭转与畸变效应计算公式的适用性。　　利用单箱多室波形钢腹板组合箱梁的扭转与畸变计算结果，进行了关于偏载系数的理论分析，结合有限元模拟，探讨了几何参数对偏载系数的影响，得出影响单箱多室波形钢腹板组合简支箱梁偏载系数的主要因素是宽跨比。将单箱多室波形钢腹板组合箱梁等效转化为平面板梁模型，采用刚接梁法推导了单箱多室波形钢腹板组合箱梁荷载横向分布计算公式，采用刚性横梁法推导了弯矩横向分布及剪力横向分布计算公式。完成了单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁荷载横向分布试验研究，并将试验结果与理论结果进行对比分析。对比结果表明:采用刚接梁法计算单箱多室波形钢腹板箱梁的挠度横向分布与弯矩横向分布具有较高的计算精度，且偏于安全，不适用于计算剪力横向分布;采用刚性横梁法计算荷载横向分布具有较高精度，挠度、剪力横向分布的结果偏于保守，弯矩横向分布的结果精度最高;基于无中横隔梁推导的刚接梁法与刚性横梁法计算公式同样适用于有中横隔板的单箱多室波形钢腹板箱梁的挠度横向分布计算。试验结果揭示了单箱双室波形钢腹板PC组合箱梁弯矩、支反力的横向分布沿梁跨径的变化规律。综合考虑单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁的荷载横向分布计算结果及偏载系数的有限元计算结果，基于最小二乘法原理得到荷载横向分布与偏载系数的函数关系式，在此基础上，结合刚性横梁法提出了计算偏载系数的简化方法。　　完成了单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁抗弯极限承载力试验，揭示了单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁弯曲作用下全过程正截面受力和变形的变化规律:开裂阶段，预应力筋应力增量及波形钢腹板的应变几乎为零，受拉边缘混凝土的拉应变临近极限拉应变，拉应力达到混凝土抗拉强度;屈服阶段，预应力筋应力增量及波形钢腹板的应变很小，普通钢筋拉应力达到其屈服强度;极限状态时，压区混凝土抗压强度被耗尽，预应力筋应力增加至超过其屈服强度，波形钢腹板逐渐被拉平，应力达到其屈服强度。针对单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁弯曲作用全过程各阶段正截面受力和变形的变化特点，推导了其各阶段正截面承载力计算公式，与试验值进行了对比，结果表明计算结果精度较高。各阶段正截面承载力计算结果表明:对于单箱多室波形钢腹板PC组合箱梁中波形钢腹板的抗弯贡献，在开裂阶段时可不计入，屈服阶段占总弯矩的10％左右，极限阶段达到总弯矩的35％左右，因此，屈服阶段及极限阶段应考虑波形钢腹板的抗弯贡献。　　通过对单箱多室波形钢腹板PC组合连续箱梁桥——卫河桥的扭转与畸变效应分析、偏载系数计算及成桥荷载试验，验证了单箱多室波形钢腹板组合箱梁扭转与畸变效应计算公式、偏载系数简化计算方法的适用性，得到了单箱多室波形钢腹板PC组合连续箱梁桥偏载系数沿跨径的变化规律。
作者：	马磊
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	万水
授予学位：	博士
授予学位单位：	东南大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文