本文關(guān)鍵詞：波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁橋自振特性研究

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【摘要】：波形鋼腹板PC組合箱梁橋是以波折的鋼腹板替代普通混凝土腹板形成的新型組合橋梁結(jié)構(gòu),其靜力和動力力學(xué)行為與普通預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁結(jié)構(gòu)相比有著較大差異。本文以鄭州市隴海路快速通道工程主線高架常莊干渠段一波形鋼腹板PC連續(xù)體系梁橋為依托,采用解析方法和有限元數(shù)值方法,對波形鋼腹板PC組合連續(xù)箱梁橋的自振特性進行研究。主要研究內(nèi)容及結(jié)論如下：(1)依托鄭州市隴海路快速通道工程主線高架常莊水庫橋,取其3跨連續(xù)結(jié)構(gòu),采用ANSYS有限元軟件建立組合有限元模型,模型建立過程中充分考慮構(gòu)造細(xì)節(jié)的處理,精確模擬箱梁倒角、波折的鋼腹板、預(yù)應(yīng)力鋼束等,以此作為后續(xù)自振特性的計算模型。(2)為了對比,按照等效箱梁截面抗彎剛度的方法并依據(jù)《公路預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁設(shè)計指南》分別建立與波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁對應(yīng)的兩種普通混凝土連續(xù)箱梁模型,并進行模態(tài)分析,明確了兩者自振特性的差異。結(jié)果表明：波形鋼腹板PC連續(xù)箱梁相較普通混凝土連續(xù)箱梁的自振頻率會有少許增加,質(zhì)量減��；由于波形鋼腹板箱梁截面的框架效應(yīng)減弱,會減小箱梁的抗扭剛度；隨著混凝土腹板厚度的增大,混凝土腹板箱梁的高階振型模態(tài)順序會發(fā)生變化,扭轉(zhuǎn)振型會延后出現(xiàn),說明波形鋼腹板箱梁的抗扭剛度較小,需采取措施加以補強。(3)在考慮波形鋼腹板剪切變形的基礎(chǔ)上,計入體外束影響,推導(dǎo)了波形鋼腹板簡支梁和波形鋼腹板單跨梁(一段簡支,一端固結(jié))兩種邊界約束下的自振頻率理論公式并與有限元結(jié)果進行對比驗證,探討體內(nèi)和體外預(yù)應(yīng)力對波形鋼腹板連續(xù)箱梁橋自振頻率的影響。結(jié)果表明：施加體外預(yù)應(yīng)力后,解析公式中自振頻率減小,這主要是由于“應(yīng)力軟化”會使得幾何剛度矩陣變化,引起結(jié)構(gòu)剛度的降低,與傳統(tǒng)認(rèn)識是一致的；當(dāng)計入預(yù)應(yīng)力引起彈性模量增量時,體內(nèi)、體外預(yù)應(yīng)力的施加會使波形鋼腹板連續(xù)箱梁的自振頻率增大,與試驗結(jié)果的變化趨勢相吻合。(4)考慮預(yù)應(yīng)力大小(體內(nèi)、體外),波形鋼腹板的波折形式(波折角度、單板寬度、腹板厚度)以及中橫隔板的數(shù)量,建立相應(yīng)的有限元模型,分析上述參數(shù)變化對波形鋼腹板連續(xù)箱梁橋自振特性的影響。結(jié)果表明：施加預(yù)應(yīng)力后,綜合考慮“應(yīng)力軟化”引起的剛度變化以及混凝土復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)引起的彈性模量變化這兩種影響因素,體內(nèi)或體外預(yù)應(yīng)力的增大均會使橋梁的自振頻率隨之增大；波形鋼腹板的波折角度大小為30。左右時,箱梁各階頻率達(dá)到最大；隨著單板寬度增大,各階頻率均大致表現(xiàn)為先增大后減小,單板寬度b的取值有其最優(yōu)范圍；增大波形鋼腹板厚度能一定程度上增大箱梁的抗彎剛度和抗扭剛度但會減小梁的橫向頻率,當(dāng)其增大到一定值時,箱梁的豎向、縱向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度的影響會逐漸減小。(5)波形鋼腹板連續(xù)箱梁的扭轉(zhuǎn)頻率隨著橫隔板的增設(shè)能得到明顯提高,但隨著橫隔板數(shù)量的增加,頻率增長速率變緩,說明橫隔板數(shù)量的設(shè)置應(yīng)綜合考慮箱梁抗扭剛度和質(zhì)量的變化。
【關(guān)鍵詞】：波形鋼腹板 PC連續(xù)箱梁 自振特性 影響因素
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：U441.3
【目錄】：

• 摘要4-6
• abstract6-12
• 1 緒論12-21
• 1.1 引言12-13
• 1.2 波形鋼腹板箱梁的特點13-15
• 1.2.1 構(gòu)造特點13-14
• 1.2.2 波形鋼腹板箱梁的優(yōu)勢和不足14-15
• 1.3 波形鋼腹板箱梁自振特性國內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-20
• 1.3.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.2 國外研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3.3 存在的問題19-20
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容20-21
• 2 波形鋼腹板連續(xù)箱梁橋空間有限元模型21-33
• 2.1 工程概況21-25
• 2.1.1 主梁構(gòu)造22-25
• 2.1.2 材料屬性25
• 2.2 ANSYS空間有限元模型25-32
• 2.2.1 單元的選擇25-26
• 2.2.2 模型的建立26-28
• 2.2.3 連接構(gòu)造的處理28-31
• 2.2.4 預(yù)應(yīng)力與混凝土的耦合31
• 2.2.5 邊界條件31-32
• 2.2.6 空間有限元模型32
• 2.3 本章小結(jié)32-33
• 3 兩種箱梁結(jié)構(gòu)的自振特性對比分析33-47
• 3.1 S-PC連續(xù)箱梁的自振特性分析33-36
• 3.2 E-PC連續(xù)箱梁與S-PC連續(xù)箱梁自振特性的對比36-41
• 3.2.1 E-PC連續(xù)箱梁有限元模型的建立36-37
• 3.2.2 等效混凝土腹板箱梁截面正確性驗證37-38
• 3.2.3 E-PC連續(xù)箱梁的自振特性分析38-40
• 3.2.4 兩者自振特性對比分析40-41
• 3.3 D-PC連續(xù)箱梁與S-PC連續(xù)箱梁自振特性的對比41-46
• 3.3.1 D-PC連續(xù)箱梁的自振特性分析41-44
• 3.3.2 兩者自振特性對比分析44-46
• 3.4 本章小結(jié)46-47
• 4 考慮預(yù)應(yīng)力影響的波形鋼腹板連續(xù)箱梁自振頻率分析47-64
• 4.1 考慮體外預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板簡支梁的自振頻率公式47-55
• 4.1.1 波形鋼腹板簡支梁彎曲振動微分方程47-48
• 4.1.2 預(yù)應(yīng)力變化量和梁位移的關(guān)系48-51
• 4.1.3 等效偏心距H求解51
• 4.1.4 波形鋼腹板簡支梁頻率求解51-54
• 4.1.5 算例54-55
• 4.2 考慮體外預(yù)應(yīng)力一端簡支一端固結(jié)波形鋼腹板單跨梁自振頻率公式55-59
• 4.2.1 一端簡支一端固結(jié)波形鋼腹板單跨梁的彎曲振動微分方程55
• 4.2.2 預(yù)應(yīng)力變化量和梁位移的關(guān)系55-57
• 4.2.3 等效偏心距H求解57-58
• 4.2.4 波形鋼腹板單跨梁(一端簡支,一端固結(jié))頻率求解58-59
• 4.3 考慮預(yù)應(yīng)力波形鋼腹板連續(xù)箱梁的自振頻率有限元求解59-63
• 4.3.1 有預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)模態(tài)分析59
• 4.3.2 預(yù)應(yīng)力在ANSYS模型中的處理方法59-60
• 4.3.3 “初應(yīng)變”方法通過修正彈性模量施加預(yù)應(yīng)力的驗證60-62
• 4.3.4 施加預(yù)應(yīng)力的波形鋼腹板連續(xù)箱梁有限元解62-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 5 波形鋼腹板箱梁自振特性的影響因素研究64-80
• 5.1 預(yù)應(yīng)力大小對波形鋼腹板混凝土箱梁自振特性的影響64-67
• 5.1.1 體內(nèi)預(yù)應(yīng)力大小對自振特性的影響65-66
• 5.1.2 體外預(yù)應(yīng)力大小對自振特性的影響66-67
• 5.2 波形鋼腹板結(jié)構(gòu)形式對自振特性的影響67-76
• 5.2.1 波折角度對自振特性的影響69-71
• 5.2.2 單板寬度對自振特性的影響71-74
• 5.2.3 腹板厚度對自振特性的影響74-76
• 5.3 橫隔板數(shù)量對波形鋼腹板混凝土箱梁自振特性的影響76-78
• 5.4 本章小結(jié)78-80
• 6 結(jié)論與展望80-82
• 6.1 結(jié)論80-81
• 6.2 展望81-82
• 參考文獻(xiàn)82-85
• 致謝85

【相似文獻(xiàn)】

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