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箱形梁剪滞效应的有限梁段法分析
| 论文题名： | 箱形梁剪滞效应的有限梁段法分析 |
| 关键词： | 薄壁箱梁;剪滞效应;有限梁段法;翘曲位移函数;双室箱梁;桥梁结构 |
| 摘要： | 薄壁箱梁剪滞效应作为一个经典课题,在桥梁结构设计和分析中不容忽视。本文以薄壁杆件理论和杆系结构有限元法为基础,合理构造断面位移模型,将断面上的各参数适当地集中到结构轴线上,从而把三维空间结构简化为一维梁单元的集合,实现了在结构分析中自动计入剪滞效应的功能。由于在结构分析时,仅要求沿着梁的轴向进行离散,每个截面只需要少数几个自由度,与常规的有限元以大量增加自由度为代价而换取精度相比较,采用有限梁段法对结构进行离散不失为一种高效的方法。 作为工程设计中容易接受的一维杆系分析方法,在初等梁理论基础上补充剪滞变形自由度ζ,并明确定义了与之对应的广义剪滞力矩 Mζ,力学概念简单明晰,使薄壁箱梁剪滞效应可按一般的杆系结构分析计算。与传统的板壳单元或实体单元相比,有限梁段法分析具有输入输出数据简单、计算时间短,所得内力分量物理意义明确,易于被工程设计人员掌握,其优越性不言而喻。该法以较少的自由度得到较高的计算精度,用半解析的方式对结构进行离散,为剪滞效应的研究提供了一种有效途径。 本文主要从以下几方面进行研究: 1.本文在综合考虑传统的剪滞翘曲位移模式以及计入翘曲应力平衡条件的修正模式的基础上,推导简支箱梁和悬臂箱梁分别在集中荷载、均布荷载作用下的挠度公式。通过数值算例,计算了简支箱梁和悬臂箱梁的挠度,并分析了剪滞效应对箱梁挠度提高的程度。 2.明确定义了箱形梁剪滞效应分析中与剪滞广义位移ζ相对应的广义力,即剪滞力矩尬,并推导了用广义力(内力)计算应力的公式。 3.考虑了剪滞位移与挠度及转角之间的偶联性,建立薄壁箱梁挠曲剪滞基本微分方程,以其齐次解作为单元位移函数,用积分常量作为中间变量,推导了梁段单元的刚度矩阵及等效节点力向量中各元素的具体表达式,可简化变截面箱梁等复杂结构的剪滞效应分析。 4.目前对箱梁的剪力滞研究主要是针对单箱单室箱梁开展的,对双室箱梁剪力滞的研究很少。本文以单箱双室箱梁为研究对象,并将有限梁段法应用于三跨连续变截面箱形梁的剪力滞效应分析。 |
| 作者： | 陈长华 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 张元海 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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