[博士]混凝土箱梁剪力滯效應的分析理論與應用研究

內容簡介

　　[博士]混凝土箱梁剪力滯效應的分析理論與應用研究　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：蘭州交通大學　　學位年度：2011　　混凝土箱梁是目前簡支梁、連續(xù)梁、連續(xù)剛構、剛性系桿拱橋和混凝土斜拉橋等橋梁常用的主梁結構形式。本文針對翼板厚度沿橫向變化的混凝土箱梁，通過理論研究并結合數(shù)值模擬和試驗結果，系統(tǒng)研究了混凝土箱梁剪力滯效應理論分析中的關鍵問題。主要研究成果如下:　　 (1>針對翼板沿截面寬度方向變厚度的混凝土箱梁，利用勢能變分原理，在引入廣義截面特性參數(shù)的基礎上，建立了可以考慮翼板厚度變化的混凝土箱梁的剪力滯效應分析通用分析方法。針對簡支梁和懸臂梁等基本結構體系，建立了集中力、均布荷載和集中彎矩等典型荷載作用下剪力滯效應分析的通用公式?！　? (2)從薄壁箱梁的剪力滯效應是由于翼板剪切變形所致這一本質出發(fā)，通過分析箱梁在豎向彎曲時翼板的剪力流分布規(guī)律，創(chuàng)造性地提出了利用翼板剪切變形規(guī)律來定義其剪力滯翹曲函數(shù)的新方法。針對常見的單室箱梁，定義出截面僅有一個未知翼板剪切變形最大差，各翼板符合剪切變形規(guī)律的新翹曲位移函數(shù)。通過對典型結構的剪力滯效應分析得出，本文分析結果與模型試驗值、基于板殼元的數(shù)值解以及截面具有3個未知剪切變形最大差的變分解吻合良好。證明了本文提出的基于翼板剪切變形規(guī)律的剪力滯翹曲位移函數(shù)不僅原理明確，而且具有未知變量少、適用性廣和分析精度高等特點?！　? (3)針對能量變分法研究箱梁剪力滯效應時引入截面中性軸與形心軸重合而產生的附加軸力問題，利用截面的靜力平衡條件，建立了拋物線型翹曲位移函數(shù)下截面附加軸力的表達式，討論了附加軸力的基本特點，并通過引入附加軸向應力比直觀反映附加軸力的相對大小。通過簡支梁、懸臂梁和連續(xù)梁等典型結構算例，并結合常規(guī)混凝土箱梁的統(tǒng)計研究，表明附加軸向應力對常規(guī)混凝土箱梁的影響在初等梁應力的5%以內，可以在定義拋物線型剪力滯翹曲位移函數(shù)時不進行軸向位移的修正以簡化分析?！　? (4)結合考慮翼板厚度變化的混凝土箱梁剪力滯效應通用解答和基于翼板剪切變形規(guī)律的剪力滯翹曲位移函數(shù)，建立了翼板厚度變化混凝土箱梁的理論分析方法。通過對算例混凝土箱梁的剪力滯效應采用板殼數(shù)值解和本文理論解的對比分析，驗證了本文分析方法的精度。通過改變翼板厚度，系統(tǒng)研究了翼板厚度變化對混凝土箱梁正、負剪力滯和剪力滯附加撓度的影響規(guī)律?！　? (5)針對預應力混凝土箱梁，結合能量變分原理建立了直線布束、折線布束和曲線布束情況下，預應力等效荷載引起的剪力滯效應計算公式，完善了既有研究僅針對預應力錨固于形心軸的剪力滯效應計算方法。通過對靜定簡支梁、懸臂梁和超靜定連續(xù)梁在常規(guī)配束下的剪力滯效應基本規(guī)律的系統(tǒng)研究表明，以提供截面抵抗彎矩為主的預應筋，剪力滯效應將增大梁體彎矩和彎曲應力。預應力的剪力滯效應在錨固端、折角處及中間支座部位較為突出，而在曲線配束段較不明顯。同時，根據(jù)預應力剪力滯效應的分布規(guī)律，提出了預應力設計的相關建議。　　 (6)在研究剪力滯效應對混凝土箱梁變形影響機理的基礎上，首次提出采用剪力滯系數(shù)和有效翼緣分布寬度兩種修正方法考慮剪力滯效應對撓度的影響，完善了既有規(guī)范中以實心梁為基礎的撓度計算公式。通過典型算例表明，剪力滯系數(shù)的修正方法精度較高，但考慮到設計的方便性，建議在剪力滯系數(shù)未知的情況下可采用有效翼緣分布寬度修正方法考慮剪力滯效應對剛度的影響。

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