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原文传递变截面连续箱梁约束扭转分析

论文题名：	变截面连续箱梁约束扭转分析
关键词：	薄壁箱梁;约束扭转;翘曲分析;单元刚度矩阵;有限元法
摘要：	对薄壁箱梁翘曲的分析方法有很多种，目前主要采用三维有限元模型来计算，但是三维有限元模型的前期准备既耗时又要投入人力，在计算过程中对计算机的要求也比较高。另外，利用有限元模型时，计算所得到的结果由于受到各种因素的影响，其计算结果很难让人满意。主要是因为其结果既受到应力集中的影响，其中又包含有总体响应的成分，因此人们很难从计算结果中找出明确的数据。作为设计人员又很难运用其计算所得到的结果来对结构进行设计。因此常规的有限元法在实际中的应用还是有一定限制的。　　变截面连续箱梁或设有横隔板的箱梁在受到偏心荷载作用时，由于截面变形受到约束不能自由变形。纤维的变形主要以拉压为主，这种由于纤维拉压变形容易使断面上产生翘曲正应力σω，由于这种正应力分布不均匀将引起截面的二次剪切变形。本文以薄壁杆理论及有限元法为基础，首先进行基本理论推导，定义广义位移函数（扭转角θ）和表示翘曲程度的函数β'。通过理论推导分别建立了翘曲正应力σω和约束扭转剪应力τ与广义双力矩B和扭矩T之间的关系。建立了基本微分方程，运用初参数法求解基本微分方程。最后根据有限元知识推导了箱梁在发生约束扭转时的单元刚度矩阵和等效节点力公式。文章还参照杆系结构有限元分析的一般思路，编制了可一维离散的箱梁约束扭转的分析计算程序(Fortran程序)，来求出任意截面的翘曲正应力σω和约束扭转剪应力τ。　　作为工程设计中容易接受的一维杆系有限元法，与传统的有限元法相比较，一维杆系有限元法具有很多优点，比如前期准备少、耗时短而所得的各分量却具有明确的物理意义，同时容易理解，无论对箱梁的理论研究还是对设计结构都有很好的帮助。　　通过本文的研究，可以得出以下几点结论: 　　1.通过把变截面连续箱梁离散成等截面的一维梁段单元，求出任意截面应力的这一方法与模型试验所得的实测值相比，本文的方法具有很好的可靠性。通过计算可以看出翘曲双力矩B沿梁的跨度方向在支承断面处和集中扭矩作用处非常大，但它能够迅速衰减;在集中扭矩作用处扭转力矩有突变。　　2.通过和试验模型的实测值进行比较可以发现，由于在不对称荷载作用下的箱梁要发生扭转翘曲，与对称荷载作用下的截面应力值相比较，截面应力都有明显的增大。文章通过把计算结果与模型试验相比较，结果证明了程序的正确性。
作者：	张路
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：	2013
正文语种：	中文