自锚式悬索桥钢箱梁剪力滞效应研究

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近十年来,我国钢产量不断增加,钢箱梁在国内钢桥上逐步推广应用。钢箱梁采用钢材代替传统混凝土,由于钢材自重较低的特点,桥梁上部结构的自重降低,特别是大跨度桥梁,而且随着其跨度增加,降低也越明显,从而可以将桥梁结构的恒载大幅度减小。在箱梁结构中,剪力滞效应问题不可忽略。目前而言,国内针对混凝土箱梁结构的剪力滞效应研究已经颇为成熟,而对钢箱梁剪力滞效应的研究还不够全面,特别是对自锚式悬索桥这一复杂桥型,因此,对于自锚式悬索桥钢箱梁的剪力滞进行研究具有一定的现实意义。本文以单箱四室钢箱梁为研究对象,采用比拟杆法对单箱四室钢箱梁截面进行剪力滞效应分析,推导了均布荷载和集中荷载作用于简支梁和悬臂梁上时的微分方程,对静定结构的剪力滞效应进行求解,最后结合实例进行分析对比,结果表明两者误差基本控制在7%以内,可以满足一定计算精度要求;利用有限元软件Midas/civil建立自锚式悬索桥钢箱梁的板单元模型,分析其在不同荷载下的剪力滞效应,结果表明:在腹板与顶板交界处和吊索与顶板交界处正剪力滞效应明显;在各个截面的最不利荷载位置上添加两种荷载后,发现其剪力滞效应要更为严重,其剪力滞系数最大值相比全桥范围内添加荷载时有一定程度增加,其最大增长幅度为6.95%;对空间板单元截面顶板上的最大应力值与对应平面梁单元应力值作比较,发现空间板单元截面顶板的最大应力值要大于对应平面梁单元的应力值;对自锚式悬索桥钢箱梁成桥阶段的纵向剪力滞效应进行分析,结果表明:在三种荷载作用下,剪力滞系数发生突变的位置为钢箱梁的边支座附近、桥梁每跨1/4处附近、中支座附近、边索锚固区附近、桥塔支座附近和中跨跨中。其中,剪力滞效应最严重的位置为边支座附近和边索锚固区附近;在自锚式悬索桥施工阶段中,选取“体系转换”前后的两个不同施工阶段的钢箱梁截面进行剪力滞系数分析,结果表明:“体系转换”前后的主梁钢箱梁剪力滞系数两者差异巨大,这是由于两者受力机理不同所导致的。在主梁合龙阶段,剪力滞系数最大值为1.41;在吊索初张拉阶段,剪力滞系数最大值为1.74。
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