波形腹板钢底板组合箱梁约束扭转时的翘曲应力研究

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波形腹板钢底板组合箱梁是将传统波形腹板组合箱梁的混凝土底板换成了平钢底板的一种新型桥梁结构。其受力更加合理,重量更轻,跨度更大,经济效益较高。钢底板和波形钢腹板可以工厂预制拼装,不仅可以较好的保证各构件的制作精度,使得现场施工更简单,也便于后期的维修和更换。该桥型已经在甘肃省内的桥梁建设率先投入使用。因此对该类结构翘曲应力的研究具有重要意义和价值。本文依托甘肃省2019年重大科技专项《公路新型钢混组合桥梁建造成套技术研究及产业化》,通过采用理论分析、模型试验和有限元模拟结合的方法对该结构约束扭转时的翘曲应力进行了研究,主要研究成果如下:(1)基于V.Z.Vlasov广义坐标法理论采用样条有限点法和能量变分原理分析波形腹板钢底板组合箱梁约束扭转时的翘曲应力及其计算方法,对新型波形腹板钢混组合箱梁的翘曲应力进行了理论推导。(2)对模型试验的模型尺寸和测试布点进行了详细的设计和制作,通过模型试验得到翘曲正应力,剪应力以及偏载系数。对实验结果进行分析,发现该结构约束扭转时,跨中截面和L/4处截面顶板与底板的翘曲正应力分布呈现出反对称的规律,从L/4处截面到L/2处截面,顶板、底板翘曲正应力逐渐增大;L/2处截面和L/4处截面剪应力在腹板上均匀地分布,呈现出对称的规律,并且从L/4处截面到L/2处截面,剪应力逐渐增大。(3)通过模型试验发现该类结构的偏载系数在跨中截面处在1.37~1.48之间,比普通混凝土腹板梁大的多,说明该结构的偏载效应比普通混凝土梁更显著。该类结构的正应力增大系数在跨中截面处在1.56~1.58之间,剪应力增大系数约在跨中截面处在1.44~1.46之间,说明该结构的扭转与畸变效应比传统波形腹板组合箱梁更显著。(4)在波形腹板钢混组合箱梁空间有限元模型上添加不同的梁端约束,分析不同约束对该结构翘曲应力的影响。随着梁端约束增强,跨中截面顶板和底板的翘曲正应力有所减小,腹板的剪应力也减小。本文对波形腹板钢混组合箱约束扭转时的翘曲应力进行了研究,研究结果对该类结构的设计建造具有一定工程参照意义。
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