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大宽跨比正交异性板鱼腹式多室薄壁箱梁结构受力性能和试验研究
| 论文题名： | 大宽跨比正交异性板鱼腹式多室薄壁箱梁结构受力性能和试验研究 |
| 关键词： | 大宽跨比鱼腹式薄壁钢箱梁;正交异性桥面板;有机玻璃模型试验;剪力滞效应解析;材料正交异性有限元列式;参数化优化设计 |
| 摘要： | 本文以某跨线桥的实际工程——大宽跨比正交异性板鱼腹式薄壁钢箱梁为研究对象，在总结国内外研究成果的基础上，通过大比例模型试验与三维精细化有限元分析，系统地研究了该结构的力学性能，探讨了在分析此类结构不同问题时与之相适应的简化分析计算方法。论文的主要工作如下: 首次进行了大宽跨比正交异性板鱼腹式薄壁箱梁桥的大比例有机玻璃模型试验研究，系统测试了结构的整体力学性能;通过试验结果和两种有限元模型计算值的对比分析，揭示了此类复杂结构的整体力学性能。比较了腹板和横隔板间顶板和底板应力分布状态，得到了该结构控制截面的正应力分布规律。为此类结构在工程上的推广应用提供了参考依据。 基于最小势能原理，假定剪力滞翘曲函数为余弦函数模式，利用能量变分原理，推导出单箱多室（奇数）薄壁箱梁剪力滞控制微分方程和边界条件，并给出了微分方程的解析表达式;结合大比例有机玻璃模型，建立了全桥精细化三维有限元模型，通过数值分析、解析解与模型试验，对比分析了单箱五室两跨连续箱梁结构的顶底板的剪力滞系数的分布规律，并首次研究了斜曲边腹板对多室箱梁剪滞效应的贡献。 以薄板的平面应力问题和薄板弯曲问题为对象，将带有纵向加劲肋的薄壁箱梁结构正交异性板换算为等厚度材料正交异性板，选取四节点矩形单元，构造出一种新的考虑材料正交异性的四节点位移形有限元列式，通过算例验证了计算方法的可靠性，本文计算方法可方便地纳入位移法通用有限元程序系统中。 从钢箱梁与铺装结构一体化的角度出发，展开钢箱梁与铺装层相互作用的局部力学性能分析。以最不利工况为基础，讨论通过改变影响桥面铺装结构性能的参数:钢桥面板厚度、钢纤维混凝土铺装层厚度、沥青混凝土铺装层厚度及钢桥面项板加劲肋密度等，通过精细化局部三维有限元数值模型，分析了钢桥面板和钢纤维混凝土铺装层的变形、应力（应变）随各参数变化的规律。给出了各参数的合理取值界限。 基于梁格法的优化理论，以结构的单位长度用钢量为目标函数。把横隔板间距、横隔板厚度、横隔板高度、加劲肋高度、加劲肋厚度、加劲肋数量和桥面板厚度等七个参数作为优化设计变量。以结构的变形和容许应力限值作为主要约束条件，研究了以目标函数为标准的参数优化设计取值。 |
| 作者： | 张慧 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 杨子江 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 兰州交通大学 |
| 学位年度： | 2012 |
| 正文语种： | 中文 |
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