板桁結合型加勁梁受力機理與計算理論研究.pdf

1、本文以岳陽洞庭湖大橋為背景，結合交通運輸部建設科技項目《大跨徑鋼桁加勁梁懸索橋關鍵技術研究》（2013318798320），在總結國內、外已有板桁結合型加勁梁理論與試驗研究成果的基礎上，采用有限元仿真分析、理論推導方法對板桁結合型加勁梁的受力機理、連續(xù)化分析方法、考慮剪力滯與剪切效應的彎曲計算理論及約束扭轉計算理論進行了研究。本文主要研究內容和結論如下：
　　采用板-梁混合精細有限元方法對結合型加勁梁的受力機理進行了研究，得到了豎

2、向橋面荷載在板桁結合型加勁梁橋面系的傳遞路徑與傳力比，研究了節(jié)間長與主桁寬度比、節(jié)間橫梁數(shù)量、節(jié)點、節(jié)間橫梁豎向剛度比、節(jié)點橫梁與橋面板的豎向剛度比等參數(shù)變化對橋面系傳力比的影響，以表格的形式給出了不同板桁結合型加勁梁幾何尺寸參數(shù)對應的橋面系傳力比數(shù)值，提出了橋面系傳力比之間的基本關系式及豎向橋面荷載作用下上弦桿、中央縱梁與橫聯(lián)桁架的簡化受力模式。
　　基于能量原理推導了板桁結合型加勁梁主桁架腹桿和平聯(lián)的連續(xù)化等效板厚計算公式，根

3、據(jù)板桁結合型加勁梁連續(xù)化等效原則構造了板桁結合型加勁梁的連續(xù)化等效截面；基于剛性扭轉與截面等翹曲假設，采用數(shù)值積分方法推導了板桁結合型加勁梁等效截面扭轉剛度與U型肋正交異性鋼橋面板的剪切等效厚度計算公式。以岳陽洞庭湖大橋為研究對象，將連續(xù)化分析方法與精細有限元法的位移與應力計算結果進行了對比，結果表明連續(xù)化分析方法具有較高的計算精度，同時大幅提高了計算效率。
　　基于板桁結合型加勁梁連續(xù)化分析方法，建立板桁結合型加勁梁剪力滯效應分

4、析理論模型，考慮正交異性鋼橋面板法向與切向等效厚度的差異，在采用附加翹曲位移法修正加勁梁軸力平衡條件的基礎上構造了板桁結合型加勁梁鋼橋面板的剪力滯縱向翹曲位移函數(shù)，基于能量變分原理推導了板桁結合型加勁梁剪力滯效應控制微分方程，獲得了靜定板桁結合型加勁梁剪力滯效應計算公式，采用精細有限元方法驗證了理論公式的正確性；最后，結合橋面板有效寬度系數(shù)定義，給出了可供設計取用的靜定板桁結合型加勁梁鋼橋面板有效寬度系數(shù)公式。
　　基于能量變分原

5、理推導了考慮剪力滯與剪切效應影響的板桁結合型加勁梁豎向撓度曲線公式，結合靜定板桁結合型加勁梁算例分析了剪力滯與剪切效應對豎向撓度的提高程度，結果表明剪切附加撓度占總撓度的比例為30％~50％，而剪力滯效應附加撓度的比例不超過10％；根據(jù)板桁結合型加勁梁桁架體系的剪切與軸向受力特點，推導了主桁架、K形平聯(lián)及X形平聯(lián)桿件軸力計算公式；基于板桁結合型加勁梁橋面荷載傳遞機理，推導了“W”形橫聯(lián)桁架內、外腹桿的軸力計算公式。
　　考慮鋼正交

6、異性橋面板、主桁架、平聯(lián)桁架法向與切向等效厚度的差異，采用連續(xù)化方法將板桁結合型加勁梁等效為薄壁箱梁，推導了計入弦桿單元影響的薄壁單元剪切受力平衡條件，得到了約束扭轉正應力與薄壁約束扭轉剪力流計算公式；基于烏式第二理論的一般原則建立板桁結合型加勁梁截面的約束扭轉控制微分方程，采用初參數(shù)法獲得了板桁結合型加勁梁截面扭轉角θ、約束扭轉程度β'、約束扭轉雙力矩B以及截面翹曲扭矩 Tω的計算公式；為了更有效的求解板桁結合型加勁梁的扭轉效應，依據(jù)