【摘要】：由于波形鋼腹板PC組合箱梁的鋼腹板很薄,故無法在腹板中布置體內預應力筋,而用大量的體外預應力筋來替代體內預應力筋,因此是非常有必要研究體外預應力對波形鋼腹板PC組合箱梁動力特性的影響。本文采用模型試驗梁試驗、理論公式計算以及ANSYS有限元分析就體外預應力對單跨等截面波形鋼腹板PC組合簡支箱梁動力特性的影響規(guī)律進行了較系統(tǒng)的研究,主要完成工作及研究結論為:(1)參考經(jīng)典結構動力學,考慮了波形鋼腹板箱梁剪力效應和剪力滯效應以及體外預應力的各項損失,并且考慮預應力對梁體抗彎剛度的影響,擴充并修正了體外預應力對傳統(tǒng)混凝土腹板箱梁自振特性計算公式,推導出波形鋼腹板PC組合簡支箱梁的體外預應力筋在直線形、單折線形和雙折線形布置下梁體的自振頻率計算公式。(2)設計和制作了5m的等截面簡支波形鋼腹板模型試驗梁,測試了體外筋在八個不同張拉工況下模型試驗梁的第一階自振頻率,模型試驗結果表明:隨著體外筋初始張拉力的增大,模型試驗梁的第一階自振頻率也將增大。(3)針對制作的波形鋼腹板模型試驗梁,應用本文推導的波形鋼腹板PC組合簡支箱梁自振頻率的公式計算模型試驗梁體外筋在八個不同張拉工況下的第一階自振頻率,結果表明當體外預應力筋有效張拉力的增大,梁體第一階自振頻率也將增大。結果與試驗梁第一階自振頻率測試值保持了一致的增長趨勢并且數(shù)值差別不大,證明了推導的理論公式能較正確的計算波形鋼腹板PC組合簡支箱梁的自振頻率。(4)建立模型試驗梁的ANSYS有限元計算模型,并計算相應的體外筋在八個不同工張拉況下的模型試驗梁的第一階自振頻率,結果表明:有限元的計算結果與試驗梁測試結果保持了一致的趨勢且數(shù)值較接近,二者相對誤差在9%左右,說明本文建立的ANSYS有限元模型能正確的模擬模型試驗梁的自振特性。(5)應用理論公式以及ANSYS有限元分析研究不同體外預應力筋布置參數(shù)對波形鋼腹板PC組合簡支箱梁自振頻率的影響規(guī)律,結果表明:體外筋布置參數(shù)不同時,對波形鋼腹板PC組合簡支箱梁的第一階自振頻率都有一定的影響。(6)通過對體外預應力筋的振動特性的分析研究,得出體外筋自由長度應盡量控制在12m以內,這樣就使得體外筋頻率與橋梁及外載頻率互相錯開,很好的解決了體外筋與梁體的共振問題,并且通過頻率法可反算出體外筋的有效張拉應力,無論對于波形鋼腹板箱梁的施工還是后期的加固養(yǎng)護都有極大的意義。
[Abstract]:Because of the thin steel web of PC composite box girder with corrugated steel webs, it is impossible to arrange the internal prestressing tendons in the webs, and a large number of external prestressing tendons are used to replace the internal prestressing tendons. Therefore, it is necessary to study the influence of external prestress on the dynamic characteristics of PC composite box girder with corrugated steel web. In this paper, the influence of external prestress on the dynamic characteristics of single span corrugated steel webs with PC composite simply supported box girder is systematically studied by using model test beam test, theoretical formula calculation and ANSYS finite element analysis. The main works and conclusions are as follows: (1) with reference to the classical structural dynamics, the shear effect and shear lag effect of corrugated steel web box girder and the loss of external prestressing force are considered, and the influence of prestress on the bending stiffness of beam is considered. The formula for calculating the natural vibration characteristics of traditional concrete web box girder by external prestressing is expanded and modified. The external prestressing tendons of PC composite box girder with corrugated steel webs are derived in a linear form. The formulas for calculating the natural frequencies of beam body under the arrangement of single and double folded lines are given. (2) A simple supported steel web model test beam of 5m with equal section is designed and fabricated. The first order natural vibration frequency of the model test beam under eight different tension conditions was measured. The results of the model test show that the initial tensile force increases with the increase of the initial tensile force of the external tendon. The first natural vibration frequency of the model test beam will also increase. (3) for the model test beam made of corrugated steel web, Using the formula derived in this paper for calculating the natural vibration frequency of PC composite box girder with corrugated steel webs, the first order natural vibration frequency of external tendons under eight different tensioning conditions is tested. The results show that when the effective tensile force of external prestressing tendons is increased, The first natural frequency of beam will also increase. The results are consistent with the measured values of the first order natural vibration frequency of the test beam, and there is no significant difference between the results and the experimental results. It is proved that the derived theoretical formula can correctly calculate the natural vibration frequency of PC composite box girder with corrugated steel webs. (4) the ANSYS finite element calculation model of the model test beam is established. The first order natural vibration frequencies of the model test beams under eight different tensile conditions are calculated. The results show that the calculated results of the finite element method are consistent with the test results and the values are close to those of the test beams. The relative error between them is about 9%. The ANSYS finite element model established in this paper can correctly simulate the natural vibration characteristics of the model test beam. (5) apply the theoretical formula and ANSYS finite element analysis to study the effect of different external prestressing tendons layout parameters on the waveform steel web PC composite simple support box The influence law of beam natural vibration frequency, The results show that the first order natural vibration frequency of PC composite box girder with corrugated steel webs is affected by the different arrangement parameters of external tendons. (6) the vibration characteristics of external prestressed tendons are analyzed and studied. It is concluded that the free length of external tendons should be controlled within 12m as far as possible, so that the frequencies of external tendons, bridges and external loads are staggered, and the resonance between external tendons and beams is well solved. And the effective tensile stress of external tendons can be calculated by frequency method, which is of great significance for the construction of corrugated steel web box girder and the reinforcement and maintenance of the later stage.
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：U448.216

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本文編號：2279986