變截面波形鋼腹板組合梁橋的剪切變形及剪切屈曲研究.pdf

1、預(yù)應(yīng)力混凝土波形鋼腹板組合箱梁是一種新型的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)形式，其充分利用鋼和混凝土兩種材料各自力學(xué)性能的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化組合可實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益和結(jié)構(gòu)性能，在橋梁工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著橋梁跨徑的不斷增加，大跨波形鋼腹板組合梁橋呈現(xiàn)出一些新的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):1）采用變截面結(jié)構(gòu)形式;2）采用懸臂施工方式;3）支座附近內(nèi)襯混凝土。由于“變截面效應(yīng)”的影響，變截面梁的受力特征將與等截面梁呈現(xiàn)較大的差別，傳統(tǒng)的計(jì)算假定將不再適用于變截面情形

2、（譬如:由于變截面梁Resal效應(yīng)的影響，假定波形鋼腹板承擔(dān)全部或絕大部分豎向剪力將與實(shí)際受力情形不符）。既有的文獻(xiàn)多針對(duì)等截面波形鋼腹板組合梁進(jìn)行研究，本文系首次針對(duì)變截面波形鋼腹板組合梁橋的受剪性能開(kāi)展系列的理論與模型試驗(yàn)研究。主要研究工作包括:
　　(1)基于鐵木辛柯經(jīng)典材料力學(xué)理論，利用微元體的平衡條件及剪應(yīng)力互等定理，本文推導(dǎo)了計(jì)算變截面波形鋼腹板組合箱梁剪應(yīng)力的精確解析公式，揭示了變截面梁剪應(yīng)力沿截面高度的分布規(guī)律。研

3、究發(fā)現(xiàn)由于“變截面效應(yīng)”的影響，變截面梁剪應(yīng)力的計(jì)算需要考慮彎矩和軸力引起的附加剪應(yīng)力，研究還證明了彎矩和軸力引起的附加剪應(yīng)力為自平衡應(yīng)力。
　　(2)通過(guò)實(shí)體有限元驗(yàn)證了現(xiàn)有的一些有限元計(jì)算程序中將波形鋼腹板等效為混凝土平腹板并認(rèn)為其承擔(dān)截面上全部的豎向剪力是不合理的。并基于正交異性板理論，本文提出了更為精確的波形鋼腹板等代分析模型。
　　(3)基于辛普森積分，提出變截面梁的等效折算慣性矩概念，將變截面梁等效為等截面梁進(jìn)行

4、研究，實(shí)現(xiàn)變截面和等截面梁彎曲變形計(jì)算方法的統(tǒng)一。并基于平面四節(jié)點(diǎn)等參元的映射變換關(guān)系和試驗(yàn)測(cè)得的框格節(jié)點(diǎn)應(yīng)變提出了求解變截面梁彎曲和剪切變形的新方法。
　　(4)考慮非彈性屈曲及材料屈服強(qiáng)度的影響，本文總結(jié)了幾種波形鋼腹板剪切強(qiáng)度的計(jì)算方法（即剪切屈曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)曲線）,并通過(guò)對(duì)比國(guó)內(nèi)外已開(kāi)展的101組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了各設(shè)計(jì)公式的可靠性與適用性。
　　(5)以國(guó)家自然基金課題為依托，開(kāi)展兩組變截面波形鋼腹板（內(nèi)襯混凝土腹板）組