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原文传递预应力作用引起的箱梁剪力滞效应研究

论文题名：	预应力作用引起的箱梁剪力滞效应研究
关键词：	预应力作用;混凝土箱梁桥;剪力滞效应;有限元分析
摘要：	随着现代化交通需求、桥梁设计理念的推动和箱形截面梁与预应力技术的结合，箱形截面梁更加趋向于薄壁、长悬臂的结构形式，预应力箱梁已经成为桥梁建设的一种大趋势。本论文在国家自然科学基金《PC箱梁考虑预应力作用效应的剪力滞行为研究（51208242）》资助下，针对预应力混凝土箱梁，通过理论研究并结合数值模拟，系统研究了预应力效应下箱梁的剪力滞效应理论分析中的关键问题。主要研究内容及成果如下：　　（1）为了回答轴向力是否引起剪力滞效应，分别针对无悬臂板和有悬臂板的单室箱梁，采用板壳有限元分析了轴向力分散于箱梁不同部位时的纵向应力，引入轴向力剪力滞系数概念，研究了不同工况下的简支梁、悬臂梁和连续梁的轴向力剪力滞系数。结果表明，轴向力作用在箱梁时，梁体总体不会产生剪力滞效应，仅在靠近轴向力作用点部位存在局部应力集中区，其区域约为1倍梁宽的长度，其值与一般构件承受局部压力时的应力非均匀传递长度相等。　　（2）针对箱梁预应力束在梁端通常是偏心锚固，并非锚固在形心轴位置，等效预应力作用包括作用在形心轴的轴压力和梁端集中弯矩。本文将单箱双室箱梁预应力束偏心锚固时的预应力等效荷载中轴向力和集中弯矩分开计算，对集中弯矩作用下的箱梁剪力滞效应计算时，提出了在集中弯矩作用下能够反映箱梁各翼板间剪力滞翘曲位移差异的剪力滞翘曲位移模式，建立了集中弯矩作用下的箱梁剪力滞效应控制微分方程，得到解析解。系统的研究了集中弯矩作用部位不同时，箱梁的剪力滞分布规律。经本文解析解与ANSYS有限元数值解的对比分析，得到的结果基本规律和数值分析结果大小均基本相同，说明本文所取的翘曲位移函数是合理的，导出的控制微分方程和解析解计算公式是正确的，且计算精度较好。　　（3）对仅在集中弯矩作用下的简支单箱双室箱剪力滞效应分析，在集中弯矩作用部位的左右两侧各l/4范围内较大，剪力滞系数在集中弯矩作用部位取得最大值，当在l/4跨部位作用集中弯矩时，集中弯矩作用部位附近顶板与腹板交界处考虑剪力滞效应后的应力达到了初等梁理论值的2.24倍，而其余部位较小。并且剪力系数在各腹板之间存在差异，因此建议结构设计中有必要考虑到不同腹板间翼板应力差异。　　（4）针对预应力束偏心锚固时的钢束横向布置方式不同，研究了不同剪力滞荷载效应模式对箱梁截面的剪力滞效应影响，采用ANSYS有限元软件建立了简支梁、悬臂梁和连续梁分别在三腹板平均布束、两边腹板布束和仅中腹板布束时，典型截面和沿跨度方向的剪力滞效应。结果表明，不同偏心布束不同时，箱梁剪力滞效应分布不同，且差异较大，综合三种布束方式下典型截面顶、底板的剪力滞系数分析，仅在中腹板布置预应力束时，截面顶底板的剪力滞系数变化较大，顶板剪力滞系数从中腹板附近的1.22变化到了翼缘边缘附近的0.531，剪力滞效应明显；在三个腹板均匀布束的情况下，截面的剪力滞效应相对差异较小。同时，不同布束方式对不同边界条件下箱梁剪力滞效应影响不同，对连续梁影响最大，简支梁次之，悬臂梁影响较小。　　（5）针对超静定箱梁结构预应力次内力对箱梁剪力滞效应的影响进行了理论分析。理论上，在预应力锚固端部位因剪力滞效应引起的附加弯矩值和预应力初弯矩值同号，且大小只与箱梁截面的几何特性有关，在中支点处的附加弯矩同时与箱梁的截面几何参数、宽跨比有关。结合相关算例的有限元分析结果，得出理论与数值分析结果相符。　　（6）对于两跨连续梁在实际预应力束线形布置设计时，一般是非吻合索布束方式。这些布束方式都会在梁内产生次内力，结合预应力混凝土两跨连续箱梁中钢束不同线形布置方式，采用ANSYS有限元软件建立板壳模型，研究了直线布束、折线布束和抛物线布束时的箱梁剪力滞效应。得到，布束线形的改变对中支承截面的剪力滞效应有一定影响，直线布束与抛物线布束时，中支点截面上靠近边腹板的剪力滞系数大小相差达到了23.68％；左侧跨中截面靠近边腹板处更是达到了33.45%；腹板与顶板交界处的剪力滞效应沿跨度方向的分布趋势基本一致，但在中支点截面顶板靠近边腹板处的剪力滞系数差值达23.68%。从总体上看，截面剪力滞系数变化较大范围基本是在中支承位置附近L/4长度范围，在其他较远区域影响很小。
作者：	马铋淇
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	蔺鹏臻
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文