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原文传递薄壁箱梁剪力滞效应的理论分析与试验研究

论文题名：	薄壁箱梁剪力滞效应的理论分析与试验研究
关键词：	薄壁箱梁桥;剪力滞;弹性力学;比拟杆法;能量泛函变分;控制微分方程
摘要：	随着箱形梁桥向长悬臂板、大肋间距的简洁型单箱单室截面方向发展,其剪力滞效应日益受到人们关注。近年来,许多专家、学者致力于箱梁剪力滞效应的研究,取得了一些研究成果,但仍有一些问题没有得到解决,特别是在变截面箱梁和曲线箱梁的剪力滞效应方面,有必要进一步深入开展研究工作。　　本文以薄壁杆理论为基础,应用薄壁箱梁结构分析的能量泛函变分原理和三杆比拟法,建立了一套适合于薄壁箱梁的弯曲、弯扭、压弯和剪力滞效应的理论分析和计算方法,主要侧重于薄壁箱梁剪力滞效应的理论分析、试验研究及其对桥梁结构行为的影响。本文共有7章,第1章综述了薄壁箱梁剪力滞的研究理论和研究方法;第2、3章利用能量变分法和三杆比拟法研究了薄壁直线箱梁和变截面箱梁的剪力滞;第4章介绍了负剪力滞效应及其产生的机理;第5、6章利用能量变分法建立了薄壁曲线箱梁剪力滞效应的控制微分方程并给出了闭合解,研究了预应力对曲线箱梁剪力滞效应的影响;第7章对几种典型的单箱截面桥梁的剪力滞系数进行了三种计算方法的求解与分析,研究了典型桥梁的考虑施工阶段的剪力滞分布规律;最后给出了研究结论与展望。主要完成了以下工作: 　　 1.以具有代表性的梯形箱梁为分析对象,结合薄壁杆理论和能量泛函变分原理,建立了薄壁箱梁弯曲和弯扭剪力滞效应的弹性力学求解体系,完善了薄壁结构理论。　　 2.构造了薄壁箱梁的剪力滞翘曲位移函数,依据能量泛函变分原理,建立了剪力滞弹性力学求解的控制微分方程。依据微分方程的运算法则,导出了控制微分方程的闭合解,并结合边界条件,给出了计算剪力滞的表达式。　　 3.利用压弯荷载共同作用下箱梁剪力滞效应的三杆比拟法控制方程,并给出了边界条件;导出了简支梁和悬臂梁在竖向均布荷载及竖向集中荷载与轴向力共同作用下考虑剪力滞效应的正应力计算公式。通过算例和实例分析,采用能量法、三杆比拟法和Ansys三种方法对20m简支梁和20m悬臂梁的箱梁剪力滞进行了对比研究。以悬臂箱梁为例,阐述了负剪力滞现象及其产生机理,确定了正、负剪力滞的临界点,分析了影响悬臂梁负剪力滞效应的因素。　　 4.针对薄壁曲线箱梁,依据薄壁曲杆理论,在曲线箱梁翼缘板的基本变形中补充了剪力滞翘曲位移函数,考虑曲线箱梁约束扭转时二次剪切变形对翘曲位移的影响,用能量变分原理建立了曲线箱梁剪力滞效应分析的控制微分方程及相应边界条件,将薄壁直线箱梁剪力滞的能量泛函变分原理推广到曲线箱梁中,建立了弯、扭、剪力滞耦合的弹性控制微分方程。制作了有机玻璃模型,对两跨独柱支撑连续曲线刚构的剪力滞效应进行了试验研究,对该类型桥梁的设计和施工提供了有益的经验。论述了曲线箱梁的预应力剪力滞特点,采用模型试验对比分析了预应力对曲线箱梁剪力滞的影响。　　 5.应用变分法、三杆比拟法和Ansys有限元法对几种典型单箱截面桥梁进行剪力滞效应的分析与对比研究,得到了剪力滞对桥梁结构行为的影响规律,基于这些成果对箱形梁的设计给出了一些建议,对于同类型桥梁的剪力滞效应的研究和过程设计具有参考意义。
作者：	张玉红
专业：	桥梁与隧道工程
导师：	刘世忠
授予学位：	博士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文