正對稱荷載作用下單箱雙室箱梁局部畸變效應(yīng)的理論與試驗研究.pdf

1、近年來,薄壁箱形截面梁的畸變效應(yīng)作為一個重要課題,在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析中不容忽視。本論文在國家自然科學基金:單箱多室箱梁的空間力學行為及一維梁段分析方法研究(51168030)和考慮索支撐作用的多室箱梁剪力滯效應(yīng)研究(51368031)基金下進行研究的。針對正對稱荷載作用下單箱雙室箱梁的局部畸變效應(yīng)問題,基于閉口薄壁桿件理論,進行了理論推導(dǎo)、理論計算、有限元數(shù)值模擬和有機玻璃模型試驗等方面的研究及對比分析,主要研究內(nèi)容如下:
　　

2、(1)針對正對稱荷載作用下單箱雙室箱梁,提出了將其截面的變形分解為剪力滯模式和扭轉(zhuǎn)、畸變模式的組合變形,從扭轉(zhuǎn)、畸變模式的變形中得到了正對稱荷載作用下單箱雙室箱梁截面在產(chǎn)生豎向彎曲變形的同時也有一定的局部扭轉(zhuǎn)和畸變。本文以薄壁桿件理論和初等梁理論為基礎(chǔ),將中腹板處受集中荷載作用的單箱雙室箱梁截面從荷載作用位置左右對稱截開,根據(jù)截面彎曲剪力流平衡推導(dǎo)了截開后單室截面的等效荷載計算公式,利用荷載分解的方法從等效荷載中分離出了扭轉(zhuǎn)荷載和畸變荷

3、載,建立了截開后半截面的畸變控制微分方程和約束扭轉(zhuǎn)控制微分方程,并通過彈性地基梁比擬法求得了截開后單室截面的畸變應(yīng)力。
　　(2)針對單箱雙室簡支梁在跨中截面和懸臂梁在自由端截面的中腹板處受集中荷載的情況,采用ANSYS有限元軟件中的SHELL63單元建立了空間板殼有限元數(shù)值模型。從ANSYS軟件輸出的應(yīng)力總值中利用荷載疊加的原理提取出了ANSYS板殼數(shù)值解,并將其與本文理論解進行了對比,大量對比分析表明,本文的理論解和有限元模型

4、的ANSYS板殼解的變化規(guī)律和數(shù)值大小均基本接近,證實了本文的理論推導(dǎo)是正確的且具有很好的精度。
　　(3)針對集中荷載正對稱作用在單箱雙室箱梁截面兩邊腹板上的情況,先使用荷載分解的方法將其等效成僅中腹板受力的荷載作用形式,再利用本文所提的理論計算出單箱雙室箱梁截面的局部畸變應(yīng)力并將其與ANSYS有限元數(shù)值解進行了對比分析,分析結(jié)果表明,本文的理論解和ANSYS有限元數(shù)值解吻合良好,這說明,將兩種正對稱荷載的作用形式利用荷載分解的

5、方法等效成一種荷載作用形式的方法是可行的,同時也進一步反映了本文理論推導(dǎo)的正確性。
　　(4)根據(jù)畸變應(yīng)力與彎曲應(yīng)力的比值,引入了畸變率的概念。通過對畸變率的分析得到:單箱雙室截面頂板懸臂部位有最大的畸變率,而頂板和邊腹板交接部位畸變率最小。僅中腹板加載時,簡支梁跨中截面最大畸變率為32.16％,最小畸變率為8.94%;懸臂梁八分之一截面最大畸變率為56.36%,最小畸變率為18.89%。兩邊腹板正對稱加載時,簡支梁跨中截面最大畸

6、變率為16.08%,最小畸變率為4.47%,懸臂梁八分之一截面最大畸變率為28.18%,最小畸變率為9.45%。結(jié)果表明,正對稱荷載作用下單箱雙室箱梁截面局部畸變應(yīng)力在彎曲應(yīng)力中占有很大的比例,在結(jié)構(gòu)計算中不容忽視,同時還可以得出,正對稱荷載在橫截面分布越均勻,其截面局部畸變效應(yīng)越不明顯。
　　(5)為進一步深入了解單箱雙室箱梁的局部畸變問題,利用有機玻璃建立了單箱雙室簡支箱梁室內(nèi)模型。針對跨中截面受正對稱集中荷載的三種作用形式,