【摘要】：鋼-混組合梁橋受力合理,跨越能力大,橋面鋪裝性能好,近年來(lái)被廣泛運(yùn)用于大跨徑橋梁建設(shè)工程。隨著橋梁跨徑的不斷增大,組合梁橋腹板高度不斷增加。大跨徑鋼-混組合梁橋設(shè)計(jì)高跨比一般為1/20～1/25,當(dāng)橋梁跨徑達(dá)到100m以上時(shí),鋼腹板高度最高可達(dá)9～10m,然而我國(guó)現(xiàn)行的橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范不能滿足高腹板及加勁肋設(shè)計(jì)和驗(yàn)算的要求,引出了大跨徑鋼-混組合梁橋高腹板設(shè)計(jì)新問(wèn)題。 鋼-混組合梁橋的混凝土橋面板通過(guò)剪力釘與鋼主梁進(jìn)行連接,混凝土橋面板、剪力釘、加勁肋以及鋼翼緣均對(duì)腹板邊界產(chǎn)生彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束作用,對(duì)腹板穩(wěn)定性有很大影響。目前穩(wěn)定性理論對(duì)腹板邊界的簡(jiǎn)化主要采用簡(jiǎn)支或嵌固形式,顯然,上述簡(jiǎn)化形式與實(shí)際結(jié)構(gòu)不相符。針對(duì)大跨徑鋼-混組合梁橋腹板高、高厚比大、腹板邊界約束作用不明確、應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜的特點(diǎn),本文采用彈性板件理論、里茲能量變分法、有限元數(shù)值模擬和模型試驗(yàn)方法,考慮混凝土橋面板、剪力釘、加勁肋、鋼翼緣對(duì)高腹板邊界的約束作用,獲得大跨徑鋼-混組合梁橋高腹板彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束系數(shù)計(jì)算公式,提出彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束邊界的大跨徑鋼-混組合梁橋高腹板臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算公式,形成大跨徑鋼-混組合梁橋高腹板穩(wěn)定性設(shè)計(jì)的加勁肋優(yōu)化設(shè)置方法。本文的主要工作與創(chuàng)新性成果如下： (1)提出鋼-混組合梁高腹板邊界彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束系數(shù)x計(jì)算公式。彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束系數(shù)ⅹ表征為組合翼緣的扭轉(zhuǎn)剛度與腹板抗彎剛度的比,用以描述組合翼緣邊界對(duì)腹板的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)約束的強(qiáng)弱�；趶椥园寮碚�,考慮發(fā)生腹板屈曲時(shí)腹板邊界與組合翼緣轉(zhuǎn)角相等,將鋼翼緣扭轉(zhuǎn)剛度Ct、剪力釘群對(duì)稱力偶提供的等效扭轉(zhuǎn)剛度Cs與混凝土板的扭轉(zhuǎn)剛度(Cc集成鋼-混組合翼緣扭轉(zhuǎn)剛度Cz,獲得鋼-混組合翼緣的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束系數(shù)ⅹ： 由公式可見(jiàn),剪力釘與混凝土板的存在增大了鋼-混組合翼緣的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束系數(shù)。 (2)獲得彎曲荷載下考慮彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束邊界的鋼-混組合梁高腹板屈曲應(yīng)力計(jì)算公式�？紤]鋼-混組合梁高腹板上部組合翼緣和下部鋼翼緣的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束約束系數(shù)分別為ⅹt與ⅹo,假設(shè)高腹板的撓曲面w(x,y)為多項(xiàng)式與三角函數(shù)的乘積,基于里茲能量變分法使高腹板的應(yīng)變能與彎曲荷載所作的功相等,獲得彎曲荷載作用下考慮彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束邊界的組合梁高腹板臨界屈曲應(yīng)力方程： 式中,系數(shù)A1～A7包含了彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束邊界系數(shù)xt與xo。高腹板邊界彈性約束系數(shù)為0,表明其邊界為簡(jiǎn)支邊,當(dāng)彈性轉(zhuǎn)動(dòng)邊界約束系數(shù)逐步增大,彎曲臨界屈曲應(yīng)力也逐步增大,當(dāng)xt與xo達(dá)到20時(shí),高腹板彎曲臨界屈曲應(yīng)力將趨于一個(gè)常數(shù),表明此時(shí)組合翼緣邊界可認(rèn)為嵌固邊界,理論計(jì)算結(jié)果與有限元分析結(jié)果一致。 (3)獲得剪切荷載下考慮彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束邊界的鋼-混組合梁高腹板屈曲應(yīng)力計(jì)算公式�？紤]鋼-混組合梁高腹板上部組合翼緣和下部鋼翼緣的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束約束系數(shù)分別為xt與xo,假設(shè)高腹板的撓曲面w(x,y)為雙三角級(jí)數(shù),基于里茲能量變分法使高腹板應(yīng)變能與剪切荷載所作的功相等,獲得剪切臨界屈曲應(yīng)力求解矩陣： 令上述矩陣行列式為零,獲得高腹板剪切荷載下臨界屈曲應(yīng)力τcro。理論計(jì)算結(jié)果與有限元分析結(jié)果一致。 (4)剪切荷載下考慮彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束邊界的鋼-混組合梁高腹板屈曲應(yīng)力試驗(yàn)研究。為研究剪切荷載下組合翼緣邊界彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束性能對(duì)高腹板抗剪臨界屈曲應(yīng)力的影響,驗(yàn)證本文提出的組合翼緣高腹板抗剪臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算公式,設(shè)置了一組(7片)Ⅰ字型鋼-混組合梁進(jìn)行抗剪屈曲試驗(yàn),組合梁長(zhǎng)×高為3200mm X900mm,高腹板寬×高×厚為1300mm X800mm X6mm,混凝土板厚度為80mm,上翼緣板寬×厚為400mm X5mm,下翼緣板寬×厚為600mm X10mm;為了研究剪力釘布置方式對(duì)組合翼緣邊界彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束系數(shù)的影響,設(shè)置剪力釘直徑和高度為φ10mm X40mm,縱向間距為200mm至500mm,橫向間距為30mm至150mm；試驗(yàn)結(jié)果表明：高腹板的抗剪臨界屈曲應(yīng)力隨剪力釘縱向間距增大而減小、隨剪力釘橫向間距增大而增大，反應(yīng)出組合翼緣的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束性能對(duì)高腹板抗剪臨界屈曲應(yīng)力有直接影響。由本文公式計(jì)算獲得的抗剪臨界屈曲應(yīng)力與試驗(yàn)值比較一致，誤差在1.2%~11.6%之間，驗(yàn)證了本文計(jì)算公式的正確性。 （5）獲得彎、剪復(fù)合荷載下考慮彈性轉(zhuǎn)動(dòng)邊界約束的鋼-混組合梁高腹板屈曲方程。為研究組合翼緣高腹板在彎、剪復(fù)合作用下的屈曲特性，建立考慮組合翼緣彈性轉(zhuǎn)動(dòng)邊界約束的高腹板有限元模型，通過(guò)改變高腹板上、下邊界彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束系數(shù)χ、彎剪應(yīng)力比η、彎曲荷載應(yīng)力梯度λ等參數(shù)，進(jìn)行了4種寬高比高腹板在彎、剪復(fù)合作用下的臨界屈曲應(yīng)力計(jì)算，將計(jì)算結(jié)果與我國(guó)現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范彎、剪復(fù)合方程曲線進(jìn)行對(duì)比分析，獲得了彎、剪復(fù)合荷載下考慮彈性轉(zhuǎn)動(dòng)邊界約束的鋼-混組合梁高腹板屈曲方程： 2101021crr2 1 crr2crr 與港珠澳大橋鋼-混組合梁模型試驗(yàn)結(jié)果相比，支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)高腹板臨界屈曲應(yīng)力試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果比較一致，誤差為2.5%。 （6）開(kāi)展了港珠澳大橋鋼-混組合梁橋高腹板穩(wěn)定性分析。根據(jù)港珠澳大橋鋼-混組合連續(xù)梁橋施工與安裝過(guò)程，計(jì)算分析了15種工況下支點(diǎn)負(fù)彎矩高腹板最大抗彎應(yīng)力σ與抗剪應(yīng)力τ，利用本文提出的考慮彈性轉(zhuǎn)動(dòng)邊界約束的鋼-混組合梁高腹板屈曲方程對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定性驗(yàn)算，計(jì)算結(jié)果表明，，各種工況下屈曲穩(wěn)定系數(shù)均小于1，說(shuō)明港珠澳大橋鋼 混組合梁負(fù)彎矩區(qū)高腹板穩(wěn)定性滿足要求，也與我國(guó)現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范的驗(yàn)算結(jié)果一致。 （7）獲得了考慮彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束邊界的鋼-混組合梁高腹板加勁肋優(yōu)化設(shè)計(jì)方法�；趶椥园寮碚�，假設(shè)縱向加勁肋位置與剛度，采用加勁肋分隔的子板與與整個(gè)腹板同時(shí)達(dá)到屈曲的原則，考慮組合翼緣邊界的彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束作用，獲得了考慮彈性轉(zhuǎn)動(dòng)約束邊界高腹板加勁肋的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，明確了高腹板縱向加勁肋的最優(yōu)設(shè)置位置和最小截面剛度。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：U441

【參考文獻(xiàn)】

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1 李鷗;周華樟;祝恩淳;;工字形組合截面梁腹板的局部屈曲[J];哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2008年12期

2 劉沐宇;陳齊風(fēng);張強(qiáng);;彈性轉(zhuǎn)動(dòng)邊界約束的組合梁腹板剪切屈曲分析[J];華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2014年01期

3 王衛(wèi)永;;國(guó)外期刊論文簡(jiǎn)介[J];建筑鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)展;2010年03期

4 蔣麗忠;曾麗娟;孫林林;;鋼-混凝土連續(xù)組合梁腹板局部屈曲分析[J];建筑科學(xué)與工程學(xué)報(bào);2009年03期

5 金陽(yáng);童根樹(shù);;考慮翼緣約束的工字形截面腹板的彈性屈曲[J];浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(工學(xué)版);2009年10期

本文編號(hào)：2163798