曲線薄壁箱梁橋的空間靜力與時(shí)效分析.pdf

1、曲線箱形梁橋具有抗扭剛度大、經(jīng)濟(jì)性好、外形美觀等優(yōu)點(diǎn)，是高速公路立交匝道、城市高架橋常用的結(jié)構(gòu)型式。由于曲率的存在，曲線梁橋的力學(xué)行為比直線梁橋復(fù)雜，計(jì)算難度也較直線梁橋大。隨著大跨度曲線箱梁橋的日益增多，截面構(gòu)造呈現(xiàn)出變曲率、變高度的特點(diǎn)，迫切需要一個(gè)能充分反映曲線箱梁拉、壓、彎、扭、翹曲和畸變等復(fù)雜受力狀態(tài)，同時(shí)又能計(jì)算橋梁結(jié)構(gòu)逐步施工過(guò)程和收縮徐變效應(yīng)的分析理論和計(jì)算程序。本文針對(duì)變曲率、變梁高的曲線箱梁橋，深入系統(tǒng)地開(kāi)展了空間靜

2、力分析和混凝土收縮徐變時(shí)效分析的研究，建立了復(fù)雜受力狀態(tài)下曲線箱梁的計(jì)算模型，編制了能實(shí)現(xiàn)混凝土收縮徐變效應(yīng)分析的曲線箱梁橋有限元程序。主要研究?jī)?nèi)容如下： 1．針對(duì)具有豎直對(duì)稱軸的矩形斷面變曲率箱梁，考慮了撓曲剪切應(yīng)變和曲梁剪心和形心分離的影響，推導(dǎo)了變曲率箱梁的平衡方程；通過(guò)箱梁內(nèi)任一點(diǎn)的位移方程和內(nèi)力一位移關(guān)系，推導(dǎo)了考慮曲梁剪心和形心分離的變曲率箱梁的撓曲扭轉(zhuǎn)控制微分方程。研究結(jié)果表明，曲率半徑越小，剪心和形心分離對(duì)扭轉(zhuǎn)角

3、的影響越大。 2．分析了引起曲線橋梁正應(yīng)力在橫橋向分布不均勻的原因：除了翹曲和畸變引起正應(yīng)力分布不均勻以外，由于寬度方向的曲率變化對(duì)箱梁豎向撓曲轉(zhuǎn)角的影響，彎曲變形后的曲線箱梁的截面已不再符合平截面假定，截面上各點(diǎn)的彎曲正應(yīng)力與該點(diǎn)的曲率半徑的平方成反比，內(nèi)側(cè)縱向彎曲正應(yīng)力大于外側(cè)正應(yīng)力。彎曲和翹曲扭轉(zhuǎn)引起的內(nèi)外側(cè)應(yīng)力分布不均勻通常是相反的。當(dāng)曲軸線半徑與箱梁寬度比小于 10 時(shí)，必須考慮曲率沿橫向變化的影響。 3．建立

4、適合于變高度曲線箱梁的曲線坐標(biāo)系，推導(dǎo)了變曲率、變高度箱梁彎曲、翹曲扭轉(zhuǎn)和畸變的位移方程和應(yīng)變一位移關(guān)系式，提出了具有一個(gè)豎直對(duì)稱軸的變高度變曲率曲線箱梁的薄壁曲梁空間分析有限元方法。推導(dǎo)中除考慮曲率變化、截面形心和剪切中心分離、梁的橫向剪切變形影響等因素外，還考慮了曲率沿橫向變化對(duì)豎向撓轉(zhuǎn)角的影響。為了計(jì)算單元內(nèi)的曲率和梁高，有限元的形函數(shù)也同時(shí)作為曲率和梁高在單元內(nèi)變化的插值函數(shù)。 4．根據(jù)積分中值定理，推導(dǎo)了增量時(shí)間段中點(diǎn)