【摘要】：薄壁箱形梁自身具有抗扭、抗彎剛度大等特點(diǎn),越來(lái)越多的橋梁結(jié)構(gòu)使用箱形梁這種截面形式。初等梁的彎曲理論基于平截面假定,未考慮梁橫截面的剪切變形對(duì)箱形梁縱向位移的影響,并認(rèn)為箱形梁在發(fā)生彎曲時(shí),梁體橫截面上的彎曲正應(yīng)力沿橫向是均勻分布的。然而,箱梁實(shí)際受彎時(shí)會(huì)產(chǎn)生剪力滯效應(yīng),頂?shù)装迮c腹板相接處的正應(yīng)力較遠(yuǎn)離腹板處的正應(yīng)力大,使得原有的初等梁彎曲理論計(jì)算得出的正應(yīng)力值與箱形梁實(shí)際所受的正應(yīng)力值存在較大差距,若設(shè)計(jì)時(shí)不考慮剪力滯效應(yīng),將會(huì)給橋梁結(jié)構(gòu)帶來(lái)安全隱患。本文將變分法、有限單元法和模型試驗(yàn)法相結(jié)合,探究單箱單室、單箱雙室箱梁剪力滯效應(yīng)規(guī)律,主要完成了以下工作:首先,利用變分法的最小勢(shì)能原理求解箱形梁受彎時(shí)彎曲正應(yīng)力的表達(dá)式,進(jìn)而得到試驗(yàn)梁考慮其剪力滯效應(yīng)的頂?shù)装鍙澢龖?yīng)力表達(dá)式。利用Midas Civil和ABAQUS建模計(jì)算,獲得試驗(yàn)箱梁剪力滯系數(shù)的數(shù)值解。進(jìn)行模型試驗(yàn),實(shí)測(cè)箱梁應(yīng)力。通過(guò)將變分解、數(shù)值解和實(shí)測(cè)值對(duì)比,完成對(duì)單箱單室箱梁剪力滯效應(yīng)的探究。其次,介紹箱形梁剪力滯翹曲位移函數(shù)的形式,包括二次型、三次型、四次型及余弦函數(shù)型。結(jié)合剪力流計(jì)算和有限元計(jì)算,并擬合出更符合單箱雙室箱梁剪力滯翹曲位移函數(shù)的表達(dá)式(二次型),利用變分法求出單箱雙室箱梁彎曲正應(yīng)力的表達(dá)式,進(jìn)而得出單箱雙室試驗(yàn)梁頂?shù)装鍙澢龖?yīng)力的表達(dá)式。然后,基于有限單元法,利用ABAQUS建立試驗(yàn)梁的殼單元模型和實(shí)體單元模型。給出單箱雙室箱形梁在跨中承受豎向?qū)ΨQ荷載時(shí),三種不同加載方式各自對(duì)應(yīng)的剪力滯系數(shù)沿橫向分布曲線,并提取單箱雙室箱梁頂?shù)装寰嚯x梁端60cm和50cm處截面的正應(yīng)力和縱向位移。最后,實(shí)際制作一個(gè)長(zhǎng)1.6m、頂板寬0.8m、底板寬0.6m、高0.2m、厚度為8mm的單箱雙室試驗(yàn)鋼梁,實(shí)測(cè)距離梁端60cm和50cm處頂?shù)装宓目v向應(yīng)變和橫向應(yīng)變值,結(jié)合廣義胡克定律獲得梁體實(shí)際正應(yīng)力值,并將單箱雙室箱梁剪力滯的變分解、數(shù)值解和實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比,評(píng)估變分解的精度。
【圖文】：

1.0m 3.29 4.26 3.67 0.899 1.1632.2 單箱單室箱梁仿真模擬在進(jìn)行這部分研究時(shí)用到兩個(gè)有限元軟件 Midas Civil 和 ABAQUS，在Midas 中利用板單元建立模型，在 ABAQUS 中建立殼單元模型。2.2.1 Midas civil 建模分析利用板單元建立試驗(yàn)梁有限元模型，材料采用 Q235 鋼材，模型中共用32046 個(gè)節(jié)點(diǎn)和 31800 個(gè)單元。分割單元時(shí)采用 5mm 一個(gè)單元，頂板共 16000個(gè)單元。該梁為一個(gè)簡(jiǎn)支梁。在跨中施加豎向?qū)ΨQ荷載，分為五個(gè)加載工況，，加載力大小分別為 5.7kN、7.3kN、9.5kN、11.0kN、12.6kN。具體對(duì)應(yīng)的加載工況見表 2-3 加載工況說(shuō)明表。表 2-3 加載工況說(shuō)明表工況 工況 1 工況 2 工況 3 工況 4 工況 5加載力/kN 5.7 7.3 9.5 11.0 12.6

-22.95 -22.89 -27.57 -27.45 -32.17 -31.93 -37.01表 2-5 Midas 求得的頂板幾個(gè)截面腹板上方及頂板跨中剪力滯系距離梁 50cm 距離梁 60cm 距離梁 70cm 距離腹板上方頂板跨中腹板上方頂板跨中腹板上方頂板跨中腹板上方1.002 0.999 1.003 0.998 1.004 0.995 1.010 1.002 0.999 1.003 0.998 1.004 0.995 1.010 1.002 0.999 1.003 0.998 1.004 0.995 1.010 1.002 0.999 1.003 0.998 1.004 0.995 1.010 1.002 0.999 1.003 0.998 1.004 0.995 1.010 BAQUS 建模分析專業(yè)有限元分析軟件 ABAQUS 建立試驗(yàn)梁殼單元模型。材，網(wǎng)格尺寸為 2mm，頂板共 100000 個(gè)單元。該梁為一加豎向?qū)ΨQ荷載，加載力大小為 5.7kN、7.3kN、9.5kN、
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U441

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本文編號(hào)：2593246