【摘要】：波形鋼腹板PC組合箱梁是一種鋼與混凝土材料的組合體，兩種材料各自發(fā)揮自身的力學性能：混凝土頂?shù)装宄惺軓澗兀ㄐ武摳拱宄惺芗袅�，充分地發(fā)揮了材料的特性，，因而該類組合結(jié)構(gòu)材料得到充分利用。在扭轉(zhuǎn)受力方面，將鋼腹板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土腹板，具有一般箱梁扭轉(zhuǎn)特性，但由于波形鋼腹板具有特殊的折疊效應(yīng)且鋼腹板很薄，與一般箱梁的應(yīng)力相比較，會發(fā)生一定程度的變化。因波形鋼腹板箱梁的橫截面面積較小，抗扭慣性矩和抗扭剛度將會極大地減小，從而波形鋼腹板箱梁在承受外力扭矩作用時，其截面的翹曲系數(shù)、扭轉(zhuǎn)翹曲應(yīng)力、縱向位移及扭轉(zhuǎn)角變化率會比一般預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的大。為了具體地研究波形鋼腹板PC組合箱梁在承受扭轉(zhuǎn)荷載作用時的力學性能，主要完成了以下工作： 1通過查閱相關(guān)文獻，通過實驗室已經(jīng)完成的模型試驗梁，了解波形鋼腹板箱梁的一般施工工藝、內(nèi)部構(gòu)造及組合連接部位銜接問題的處理，概述了該類組合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點、力學特性、優(yōu)點及目前國內(nèi)外的研究狀況。 2通過位移等效法及剛度等效法求出波形鋼腹板三個尺寸方向的彈性模量，將三維波形鋼腹板問題簡化成二維問題，得出波形鋼腹板縱向彈性模量遠小于其余兩方向彈性模量，這便是波形鋼腹板產(chǎn)生褶皺效應(yīng)的緣由。 3利用薄壁箱梁理論及彈性板殼理論推導波形鋼腹板的抗扭慣性矩，得出頂板懸挑部分的抗扭慣性矩為整個截面的0.5%，從而僅研究箱梁的環(huán)形部分的抗扭慣性矩是可行的，再者，理論公式推導與模型試驗結(jié)果有一定的差別，需要進一步對理論分析研究結(jié)果進行修正。 4利用能量變分原理推導出了波形鋼腹板約束扭轉(zhuǎn)控制微分方程，考慮梁體承受兩種特殊外力荷載狀態(tài)—滿跨均布扭轉(zhuǎn)及跨中集中扭矩，并對控制微分方程進行通解及特解的分析，進而推導了截面扭轉(zhuǎn)角、翹曲系數(shù)、雙力矩及梁體截面扭矩等常用力學參數(shù)，并將這些參數(shù)與同尺寸一般箱梁的相關(guān)參數(shù)進行對比，得出波形鋼腹板箱梁對截面扭轉(zhuǎn)角及翹曲系數(shù)相當敏感，且在大跨徑長懸臂狀態(tài)下這些參數(shù)將更為突出。 5波形鋼腹板箱梁的抗扭剛度低于一般箱形梁，在動荷載作用下扭轉(zhuǎn)振動將處于不利的狀態(tài)，利用能量變分原理來求解扭轉(zhuǎn)自由振動微分方程，對微分方程采用分離變量法求出扭轉(zhuǎn)自振頻率及振型參數(shù)。 6參照實驗室內(nèi)縮尺模型試驗梁的尺寸，建立ANSYS模型，進行網(wǎng)格劃分、邊界條件及外荷載的施加，提取截面頂?shù)装宓目v向應(yīng)力位移云圖，鋼腹板的剪切應(yīng)力云圖并與理論計算結(jié)果進行對比分析，探討該研究方法的可行性。通過提取波形鋼腹板箱梁自振頻率，并從中取出前三階扭轉(zhuǎn)自振頻率，理論計算結(jié)果和試驗結(jié)果表明：第一階扭轉(zhuǎn)頻率與理論值相差較近，后兩階扭轉(zhuǎn)頻率存在著一定誤差。
【學位授予單位】：蘭州交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U441;U448.213

【參考文獻】

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本文編號：2534522