基于能量變分原理的薄壁箱梁剪力滯效應(yīng)解析法研究.pdf

1、隨著我國交通事業(yè)的迅速發(fā)展，薄壁箱梁被廣泛應(yīng)用于各種大跨度、大寬度的橋梁結(jié)構(gòu)，其剪力滯問題不容忽視，若不認(rèn)真對待這些問題，很可能會造成箱梁局部開裂、局部失穩(wěn)甚至于更加嚴(yán)重的后果。因此對薄壁箱梁剪力滯效應(yīng)進(jìn)行深入研究具有重要的理論和工程意義，本文基于薄壁結(jié)構(gòu)理論和能量變分原理對單室和多室箱梁進(jìn)行了以下研究:
　　(1)提出了考慮荷載橫向作用位置影響的等截面單室箱梁剪力滯分析的能量變分法?？v向翹曲位移橫向分布規(guī)律設(shè)為k次拋物線以便于分

2、析不同翹曲位移函數(shù)的精度，對箱梁頂板、懸臂板和底板分別設(shè)置不同的剪滯縱向位移差函數(shù)以便準(zhǔn)確反映梯形截面不同翼板的縱向翹曲位移變化幅度，計(jì)算外力勢能時(shí)考慮荷載橫向位置的影響，并考慮彎曲、剪切和剪力滯的耦合作用，由能量變分法推導(dǎo)出梁段單元控制微分方程組及其閉合解，并通過簡支梁和懸臂梁算例予以驗(yàn)證，最后給出了梯形和矩形截面簡支、懸臂箱梁剪滯效應(yīng)的推導(dǎo)過程及剪滯系數(shù)、有效寬度比的理論計(jì)算公式，完善了荷載不同橫向作用位置時(shí)箱梁剪力滯效應(yīng)的計(jì)算分析

3、理論。
　　(2)研究了荷載橫向變位下等截面單室薄壁箱梁剪力滯效應(yīng)的影響參數(shù)。利用能量變分法計(jì)算簡支和懸臂箱梁剪力滯效應(yīng)，分析荷載橫向變位下荷載形式、寬跨比、寬高比、腹板橫向位置和腹板斜度等因素對箱梁剪力滯效應(yīng)的影響規(guī)律，并與現(xiàn)行規(guī)范進(jìn)行對比，認(rèn)為規(guī)范將各翼板有效寬度比統(tǒng)一取成一條曲線是不合理且偏不安全的，應(yīng)根據(jù)實(shí)際荷載橫向作用位置參考本文結(jié)論來選擇相應(yīng)的曲線進(jìn)行取值。
　　(3)提出了考慮荷載橫向作用位置的變截面單室箱梁剪

4、力滯分析的有限段法。采用荷載橫向變位下剪滯控制微分方程組的齊次解作為梁段單元位移模式，形成單室梯形箱梁的位移場函數(shù)，并導(dǎo)出梁段單元剛度矩陣及結(jié)點(diǎn)荷載列陣，建立單室箱梁剪力滯分析的有限梁段模型，并編制相應(yīng)計(jì)算程序，以變截面連續(xù)箱梁為例將計(jì)算結(jié)果與有限元解、試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果吻合良好，驗(yàn)證了該分析方法的正確性。
　　(4)提出了薄壁箱梁剪力滯效應(yīng)的疊加原理。通過簡單荷載形式下剪力滯效應(yīng)解的疊加來求解復(fù)雜力狀態(tài)下箱梁的剪滯效應(yīng)，并與

5、有限元結(jié)果進(jìn)行對比來驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性，該方法可將所作理論研究進(jìn)行推廣應(yīng)用于工程實(shí)際。
　　(5)提出了考慮全截面軸力自平衡的等截面多室箱梁剪力滯分析的能量變分法。對不同翼板分別設(shè)置不同剪滯縱向位移差函數(shù)，縱向翹曲位移橫向分布規(guī)律設(shè)為k次拋物線以便于分析不同翹曲位移函數(shù)的精度，同時(shí)考慮全截面軸力自平衡條件，由能量變分法獲得多室梯形箱梁的控制微分方程組及其閉合解，并編制相應(yīng)計(jì)算程序，計(jì)算結(jié)果與有限元解進(jìn)行對比，結(jié)果吻合良好，驗(yàn)證了本