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考虑剪力滞效应的预应力钢箱梁力学特性研究
| 论文题名： | 考虑剪力滞效应的预应力钢箱梁力学特性研究 |
| 关键词： | 预应力钢箱梁桥;剪力滞后;能量变分法;预应力筋;有限元分析;模型试验 |
| 摘要： | 预应力钢箱梁主要是在钢箱内设置曲线体外预应力索而形成的组合结构，对于钢箱梁，预应力筋的引入极大改善了结构的力学特性，提高了桥梁的跨越能力，然而受剪力滞后效应的影响，其力学分析更趋复杂。与混凝土箱形梁桥相比较，预应力钢箱梁的梁壁更薄，如不对其进行更加细致的力学分析，可能会造成该类结构的局部开裂、局部失稳，或更加严重的破坏，因而对预应力钢箱梁布筋方式和力学特性的研究具有重要的理论意义和工程实用价值。本文就预应力钢箱梁力学特性展开以下几个方面的分析研究。 1、预应力钢箱梁静力学特性的理论分析引入了剪力滞后和剪切变形效应的影响，对钢箱梁翼板和悬臂板准确设置剪滞纵向位移差函数，以最小势能原理为基础，基于能量变分法，得到预应力钢箱梁的控制微分方程以及相应的自然边界条件，然后通过求解得到相应广义位移的闭合解，继而分析钢箱梁上、下翼板的正应力变化规律。 2、预应力筋对钢箱梁剪力滞效应影响的分析将钢箱梁预应力筋等效为作用于梁端形心的弯矩、轴力以及钢箱梁上的竖向分布力，基于能量变分法，得到相应的微分方程和边界条件，继而求解箱梁各翼板正应力，与初等梁理论相比较，基于此详细分析箱梁各翼板剪力滞后效应的变化规律。 3、预应力钢箱梁静力学特性的有限元数值分析以有限元软件Ansys为基础，模拟特定的边界条件，对不同工况下预应力钢箱梁的力学特性展开详实的数值分析，进一步明晰钢箱梁剪力滞后效应和预拱度的变化趋势，为理论分析提供良好佐证。 4、预应力钢箱梁模型试验设计制作了预应力钢箱梁试验模型，对钢箱梁模型进行多种工况下的力学特性试验，依据试验结果对预应力筋的布置形式、不同荷载下钢箱梁剪力滞后效应以及结构预拱度等因素进行分析，将试验分析与解析解和有限元数值解相比较，进一步证明了理论分析的正确性。 本文通过能量变分法、空间有限元分析和模型试验三种方法研究了不同布筋形式下钢箱梁力学特性的变化规律。总之，有限元分析拓宽了箱梁力学特性的研究范畴，而理论分析是有限元法精度提高和发展的源动力，试验测试则是二者的最终仲裁者。本文解析解与有限元数值解和试验结果吻合较好，因而本文理论为优选预应力布筋形式和力学分析提供了一定的理论基础和技术支持。 |
| 作者： | 吴振宏 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 荀勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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