混凝土箱梁剪力滯效應(yīng)的分析理論與應(yīng)用研究.pdf

1、混凝土箱梁是目前簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)、剛性系桿拱橋和混凝土斜拉橋等橋梁常用的主梁結(jié)構(gòu)形式。本文針對(duì)翼板厚度沿橫向變化的混凝土箱梁,通過(guò)理論研究并結(jié)合數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果,系統(tǒng)研究了混凝土箱梁剪力滯效應(yīng)理論分析中的關(guān)鍵問(wèn)題。主要研究成果如下:
　　 (1)針對(duì)翼板沿截面寬度方向變厚度的混凝土箱梁,利用勢(shì)能變分原理,在引入廣義截面特性參數(shù)的基礎(chǔ)上,建立了可以考慮翼板厚度變化的混凝土箱梁的剪力滯效應(yīng)分析通用分析方法。針對(duì)簡(jiǎn)支梁和懸臂

2、梁等基本結(jié)構(gòu)體系,建立了集中力、均布荷載和集中彎矩等典型荷載作用下剪力滯效應(yīng)分析的通用公式。
　　 (2)從薄壁箱梁的剪力滯效應(yīng)是由于翼板剪切變形所致這一本質(zhì)出發(fā),通過(guò)分析箱梁在豎向彎曲時(shí)翼板的剪力流分布規(guī)律,創(chuàng)造性地提出了利用翼板剪切變形規(guī)律來(lái)定義其剪力滯翹曲函數(shù)的新方法。針對(duì)常見(jiàn)的單室箱梁,定義出截面僅有一個(gè)未知翼板剪切變形最大差,各翼板符合剪切變形規(guī)律的新翹曲位移函數(shù)。通過(guò)對(duì)典型結(jié)構(gòu)的剪力滯效應(yīng)分析得出,本文分析結(jié)果與模型

3、試驗(yàn)值、基于板殼元的數(shù)值解以及截面具有3個(gè)未知剪切變形最大差的變分解吻合良好。證明了本文提出的基于翼板剪切變形規(guī)律的剪力滯翹曲位移函數(shù)不僅原理明確,而且具有未知變量少、適用性廣和分析精度高等特點(diǎn)。
　　 (3)針對(duì)能量變分法研究箱梁剪力滯效應(yīng)時(shí)引入截面中性軸與形心軸重合而產(chǎn)生的附加軸力問(wèn)題,利用截面的靜力平衡條件,建立了拋物線型翹曲位移函數(shù)下截面附加軸力的表達(dá)式,討論了附加軸力的基本特點(diǎn),并通過(guò)引入附加軸向應(yīng)力比直觀反映附加軸力

4、的相對(duì)大小。通過(guò)簡(jiǎn)支梁、懸臂梁和連續(xù)梁等典型結(jié)構(gòu)算例,并結(jié)合常規(guī)混凝土箱梁的統(tǒng)計(jì)研究,表明附加軸向應(yīng)力對(duì)常規(guī)混凝土箱梁的影響在初等梁應(yīng)力的5％以?xún)?nèi),可以在定義拋物線型剪力滯翹曲位移函數(shù)時(shí)不進(jìn)行軸向位移的修正以簡(jiǎn)化分析。
　　 (4)結(jié)合考慮翼板厚度變化的混凝土箱梁剪力滯效應(yīng)通用解答和基于翼板剪切變形規(guī)律的剪力滯翹曲位移函數(shù),建立了翼板厚度變化混凝土箱梁的理論分析方法。通過(guò)對(duì)算例混凝土箱梁的剪力滯效應(yīng)采用板殼數(shù)值解和本文理論解的對(duì)

5、比分析,驗(yàn)證了本文分析方法的精度。通過(guò)改變翼板厚度,系統(tǒng)研究了翼板厚度變化對(duì)混凝土箱梁正、負(fù)剪力滯和剪力滯附加撓度的影響規(guī)律。
　　 (5)針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,結(jié)合能量變分原理建立了直線布束、折線布束和曲線布束情況下,預(yù)應(yīng)力等效荷載引起的剪力滯效應(yīng)計(jì)算公式,完善了既有研究?jī)H針對(duì)預(yù)應(yīng)力錨固于形心軸的剪力滯效應(yīng)計(jì)算方法。通過(guò)對(duì)靜定簡(jiǎn)支梁、懸臂梁和超靜定連續(xù)梁在常規(guī)配束下的剪力滯效應(yīng)基本規(guī)律的系統(tǒng)研究表明,以提供截面抵抗彎矩為主的預(yù)

6、應(yīng)力筋,剪力滯效應(yīng)將增大梁體彎矩和彎曲應(yīng)力。預(yù)應(yīng)力的剪力滯效應(yīng)在錨固端、折角處及中間支座部位較為突出,而在曲線配束段較不明顯。同時(shí),根據(jù)預(yù)應(yīng)力剪力滯效應(yīng)的分布規(guī)律,提出了預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)的相關(guān)建議。
　　 (6)在研究剪力滯效應(yīng)對(duì)混凝土箱梁變形影響機(jī)理的基礎(chǔ)上,首次提出采用剪力滯系數(shù)和有效翼緣分布寬度兩種修正方法考慮剪力滯效應(yīng)對(duì)撓度的影響,完善了既有規(guī)范中以實(shí)心梁為基礎(chǔ)的撓度計(jì)算公式。通過(guò)典型算例表明,剪力滯系數(shù)的修正方法精度較高,但