考虑剪切变形效应的单跨斜梁桥受力特性研究

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高等级公路及铁路线上的中、小型桥梁,往往采用服从线路走向的设计方式,将中轴线与支承线、水流方向等斜交的桥梁设计成斜梁桥。随着我国交通运输事业的迅猛发展,中、小跨径的斜梁桥结构应用越来越广泛,国内外学者也进行了广泛而深入的研究,其内力、变形等静力特性方面的研究较为系统。但以往研究的理论基础大多为初等梁理论,认为剪切效应对内力、变形的影响较小,因而被忽略。剪切效应对斜桥内力、变形的影响规律如何、如何进行力学分析,目前的研究工作还不是非常深入,值得进一步探讨。故本文基于Timoshenko深梁理论的力法及图乘法,做了以下工作:(1)建立了考虑剪切变形影响的单跨静定斜梁计算方法,推导了静定斜深梁桥在常见荷载作用下的变形计算公式,分析了一座单箱单室无悬臂斜梁桥随斜交角、平面形状、弯剪刚度比变化时剪切效应对其内力的影响规律。(2)建立了考虑剪切变形影响的单跨超静定斜梁计算方法,推导了超静定斜深梁桥在常见荷载作用下的反力、内力及变形计算公式,并对A型斜箱梁桥的跨径、斜交角、平面形状等参数进行变化,分析剪切效应对其反力、内力及变形计算的影响;得到了跨径越小、斜交角越大,剪切效应对斜梁挠度的影响越大,但对挠角和扭角的影响较小等结论。(3)针对工程上常见的四种特殊斜梁(简支正梁、平行四边形斜梁、直角梯形斜梁、等腰梯形斜梁),分析了剪切效应对其内力、变形计算的影响;提出中、小跨径斜梁桥挠度计算时应采用考虑剪切变形影响的Timoshenko深梁理论,否则低估挠度计算结果;(4)建立了考虑剪切变形与支承刚度共同影响下的斜梁桥内力计算方法,分析了剪切变形及支承刚度对斜梁桥内力计算的影响;并用有限元软件对所推导的计算公式进行了验证,得出了剪切变形与支承刚度对单跨斜梁桥内力计算的影响较小;所推导的斜深梁桥内力与变形计算公式方便设计人员的计算,有促于推动斜桥计算理论的深化和拓展,丰富斜梁的计算方法。
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