宽翼板薄壁结构的剪滞效应分析

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薄壁结构具有良好的整体结构性能,在土木工程中尤其在桥梁工程中应用十分的广泛;薄壁结构的横截面一般分为开口截面和闭口截面,在对称荷载作用下,考虑了剪切变形后其存在剪力滞现象,忽略剪力滞效应可能严重影响到结构的安全。目前,国内外学者对剪力滞的研究取得了一部分成果,但是仍存在很多问题亟待解决。本文从能量泛函变分原理角度入手,研究了剪力滞效应对双T截面梁、工字梁和单箱单室箱梁的静、动力特性的影响,具有重要的工程实际意义,本文主要做了如下工作:①介绍了剪力滞的基本概念,详细总结了国内外薄壁结构剪力滞效应在静、动力方面的研究现状,评述了各种理论和方法的局限性和适用性,进一步指出了亟待解决的地方及剪力滞研究的空白领域。②双T截面梁剪力滞效应的静动力特性分析:基于能量变分原理,引入剪滞效应由翼板剪切变形引起的这一基本机理出发定义的翘曲位移函数,推导了考虑剪力滞效应的双T截面梁静力微分控制方程和自然边界条件,并求得简支双T截面梁和悬臂双T截面梁在不同荷载情况下的应力和挠度计算表达式,然后通过算例进行数值模拟,验证本文算法的正确性;其次在剪力滞效应静力分析的基础上,应用哈密顿原理和能量变分原理推导出了双T截面梁动力微分控制方程和自然边界条件,并求出考虑剪力滞效应的简支双T截面梁自振频率解析解,详细分析了各个参数对自振频率折减系数的影响及剪力滞效应对自振频率的影响。③薄壁直线等截面工字梁剪力滞分析:本文引入双翘曲位移函数,推导了薄壁工字梁的静力微分控制方程和自然边界条件,通过系统的分析,获得工字梁剪力滞静力特性规律。④薄壁箱梁剪力滞效应静动力分析:在前人分析单箱单室的基础上采用能量变分法,提出了考虑预应力钢束、剪切变形能的影响,建立总能量方程并得出静、动力的微分控制方程和自然自然边界条件,并推导出简支箱梁和悬臂箱梁的应力、剪力滞系数和挠度的静力计算公式以及动力微分方程的解。⑤工程实例分析:以兰新二线疏勒河特大桥为工程背景,首先建立了CSB软件二维模型,对施工阶段截面应力进行了系统的分析;其次建立了大桥ANSYS有限元模型,进行了以下几个方面的分析研究:最大悬臂阶段时箱梁纵向和横向剪力滞分析;全桥阶段三种工况组合下的箱梁纵向剪力滞分析,分析了工况组合二、三时箱梁横向剪力滞效应,为实际工程提供了参考。
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