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[博士]大曲率連續(xù)鋼箱梁橋結構性能研究

內容簡介

　　[博士]大曲率連續(xù)鋼箱梁橋結構性能研究　　學科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學位：博士　　學位授予單位：長安大學　　學位年度：2009　　彎鋼箱梁橋具有外形簡潔美觀、結構自重輕、受力性能好、抗扭剛度大、加工方便、施工期短、總體造價不太高、能夠很好地適應地形地物限制要求等優(yōu)點，在城市高架橋、立交橋等大型交通樞紐中，尤其在跨線、跨越地裂縫等特殊場合下應用非常廣泛，發(fā)展前景非常廣闊。對于大曲率連續(xù)彎鋼箱梁橋的研究有著重要的現實意義?！　? 本文對于大曲率連續(xù)彎鋼箱梁橋的極限承載力和剪力滯效應進行了系統的研究。首先，對于大曲率連續(xù)彎鋼箱梁橋結構承載力的概念、類型和穩(wěn)定問題的類型、分析原則、計算方法以及極限承載力的求解技術、剪力滯效應的基本概念等分別進行了探討。其次，運用有限元建模對結構極限承載力進行全過程分析，包括容許應力控制下承載力分析、穩(wěn)定屈曲特征值分析、非線性狀態(tài)結構極限承載力分析。把加勁肋的面積平攤在箱梁蓋板上，將鋼箱梁簡化為普通箱梁，再采用變分法求解，并與空間有限元法求解進行對比，提出無懸臂板鋼箱梁剪力滯系數的近似計算方法。然后，根據實橋結構的材料特性、空間尺寸、連接方式等，按照1二10的比例制作了全橋縮尺模型，用該模型橋進行試驗研究。通過試驗和理論計算結果的分析對比，來研究彎鋼箱梁橋的破壞形態(tài)、極限承載能力以及剪力滯效應的變化規(guī)律。最后，根據理論計算結果和試驗測試結果的分析對比得出相關結論。彎鋼箱梁模型橋最不利截面為5000mm跨跨中截面。模型橋破壞時5000mm跨跨中截面底板焊縫處、外側腹板焊縫處及內側腹板處均出現寬度為2^}5mm的裂縫。模型橋在集中荷載工況下的最小承載力為63kN，均布荷載工況下的最小承載力為45kN/m2;而模型橋在對應于實橋設計荷載的試驗荷載作用下的最大應力為29.61MPao由相似關系可知，在彈性范圍內結構的承載力遠大于其設計荷載?？紤]材料非線性和幾何非線性等因素，集中荷載作用下結構的實際極限承載力為156.7kN，均布荷載作用下結構的實際極限承載力為111 kN/m2。而實橋設計荷載對應的模型橋試驗荷載為11.41kN，即模型橋的安全系數達到13.7。模型橋結構在穩(wěn)定分析中以局部失穩(wěn)為主，一般出現在腹板與橫隔板處;穩(wěn)定系數較大，在整個過程中不會出現失穩(wěn)現象。無懸臂板鋼箱梁由于自身的構造特點，鋼箱梁橋截面縱向正應力沿橫截面的變化幅度相對較小，變化規(guī)律比較復雜;針對受壓區(qū)理論值與試驗值之間的誤差，建議采用p•人作為受壓區(qū)的應力提高系數。模型橋在線彈性、彈塑性、完全塑性狀態(tài)下，.跨中截面頂板在全塑性階段剪力滯效應最明顯，底板在全過程中剪力滯效應不明顯;支點截面頂板在彈性階段剪力滯效應最明顯，底板在全塑性階段較顯著。無論是集中荷載或均布荷載作用下，對于同一個截面，正、負剪力滯效應可同時出現，對于每一個節(jié)點(頂底板與腹板相接處的測點)，沿橋縱向正、負剪力滯效應均可能出現。在集中荷載或均布荷載作用下，單、雙室模型與三、四室模型相比剪力滯效應相差不大，三、四室模型剪力滯效應較小;三室模型受支座反力影響較大，對支座處結構應加強設計。對于單箱四室截面模型，兩種定義的曲梁剪力滯系數人1、人:區(qū)別不大，但人，和}2并不隨著箱室數的增加而趨于一致。　　本文可為大曲率連續(xù)彎鋼箱梁橋在設計計算中提供參考，并為鋼橋規(guī)范的修訂提供技術資料。

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