曲线双箱梁弯扭耦合作用试验与理论研究

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曲线双箱梁在外荷载作用下内外侧箱梁通过连接板发生相互作用,同时箱梁本身具有弯曲、扭转耦合作用。为分析曲率和横向拼接对曲线双箱梁荷载效应的影响、提供一种适用于曲线双箱梁连接板内力的理论计算方法,采用数值模拟、试验和理论推导三种方法对双箱梁的支座反力、截面竖向位移、剪力滞效应以及连接板内力开展研究。数值模拟建立了不同曲率半径的曲线双箱梁模型,包括拼接前和拼接后工况,分别计算自重以及车道荷载作用下箱梁荷载效应的变化;试验中依据实际工程制作了尺寸缩比1:5的钢筋混凝土曲线双箱梁模型,模拟设计荷载进行加载试验,实测箱梁模型的应变和位移;理论研究部分推导了曲线双箱梁连接板内力计算方法。研究结果表明:1)曲率半径越小对双箱梁荷载效应的影响越大。本文研究的两跨连续双箱梁在曲率半径小于50m后(圆心角大于42°),内外侧支座反力比、连接板径向应力和底板纵向应力变化趋势呈指数型增长。受弯扭耦合影响,顶底板的剪力滞效应呈现内外侧不对称分布,应力比值最大接近2倍。2)箱梁拼接后对曲线双箱梁的支座反力分布、顶板剪力滞效应和截面竖向位移影响较大,对底板纵向应力影响很小。曲率半径越小拼接后荷载效应的变化越明显。3)试验结果验证了数值模拟的准确性。不同加载方案实测数据表明,外侧偏载对曲线双箱梁受力最为不利,此时在内侧梁边支座产生较大负反力,最大负反力可达自重作用下的49%。偏载作用下空载幅连接板内力最大,加载幅连接板基本不受力。4)考虑曲线双箱梁的附加扭矩作用,推导了连接板内力理论计算公式。经试验和数值模拟验证,计算值大于试验结果,与数值模拟结果相当。与数值模拟相比误差基本保持在10%以内,可以满足工程需要。
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