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剪切变形和剪力滞对混凝土简支箱梁挠度的影响
| 论文题名： | 剪切变形和剪力滞对混凝土简支箱梁挠度的影响 |
| 关键词： | 混凝土简支箱梁;剪切变形;剪力滞效应;附加挠度 |
| 摘要： | 为分析剪切变形和剪力滞效应对混凝土简支箱梁挠度的影响情况,参照我国高速铁路32m箱梁尺寸,选取等截面简支梁为研究对象,采取解析与有限元数值相结合的方法进行计算。以经典 Euler-Bernoulli梁理论、Timoshenko梁理论以及基于能量变分原理的剪力滞理论为基础,从理论上对剪切变形及剪力滞效应对箱梁挠度的影响机理进行了深入探讨。按照弯曲变形、考虑剪切变形、同时考虑剪切变形和剪力滞效应三种情况,计算了自重、均布荷载及集中荷载作用下箱梁的挠度解析值。采用ANSYS中的 beam4、beam189、solsh190单元建立模型,得到了荷载作用下箱梁挠度的数值解。以有限元数值解为基础,对比分析了剪切变形和剪力滞效应对箱梁挠度影响的大小。通过保持截面几何参数不变,改变箱梁跨径大小,分析了随着高跨比的变化剪切变形对挠度的影响规律,得到了箱梁考虑剪切变形影响的高跨比门槛值。依据 Timoshenko梁理论对剪切修正系数的定义,通过有限元数值解进行逆推,得到了同一截面类型箱梁的剪切修正系数。结论如下: (1)针对本文算例,自重作用下箱梁弯曲变形挠度解析解与数值解相同,为8.1666mm。考虑剪切变形影响后挠度解析解为9.0187mm,数值解为9.0936mm,误差为0.82％,原因是解析解中计算剪切修正系数时腹板面积近似取值引起的。同时考虑剪切变形及剪力滞效应影响后挠度数值解为9.8492mm。 (2)相对于弯曲变形挠度,自重作用下考虑剪切变形及剪力滞效应影响后挠度增大20.60%,其中考虑剪切变形影响的挠度增大率为11.35%,考虑剪力滞效应影响的挠度增大率为9.25%,剪力滞效应对挠度的影响略小于剪切变形的影响。 (3)按照本文计算结果,当高跨比小于1/16时,剪切变形附加挠度占弯曲变形挠度的百分比才开始小于5%,即在工程上可忽略不计。当高跨比等于1/5时,考虑剪切变形产生的附加挠度占弯曲变形挠度的50%以上。因此,实心截面是否考虑剪切变形影响的高跨比门槛值1/5对于箱梁而言是不合适的,本文采用箱梁截面其高跨比门槛值为1/16。 (4)对于本文所研究箱梁截面,其剪切修正系数可参考取值0.2326。即腹板计算高度可取顶板与腹板交汇中心到底板上表面的距离,其结果是偏于安全的。 (5)对箱梁进行力学分析时假定其约束是施加在中性轴上的,但实际工程中通过支座对梁体进行约束,当约束施加在支座位置时,其腹板中性轴处跨中挠度增大值为0.4288mm,相当于弯曲变形挠度的5.25%。所以实际挠度应该在考虑剪切变形、剪力滞效应影响的基础上再加上因实际约束位置的不同而产生的附加挠度。 |
| 作者： | 杜龙怀 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 刘凤奎 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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