波形钢腹板-钢管混凝土组合梁弯曲性能及设计参数研究

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波形钢腹板-钢管混凝土组合箱梁作为一种新型钢-混组合结构,与传统波形钢腹板混凝土组合梁相比,具有较多优点。波形钢腹板-钢管混凝土组合梁作为新型组合结构,有必要对其弯曲性能与结构设计参数进行研究。本文通过有限元模拟与理论公式分析验证拟合方法,研究波形钢腹板-钢管混凝土组合箱梁的弯曲性能与结构设计参数的影响。主要研究内容与结论如下:(1)对波形钢腹板-钢管混凝土组合箱梁的弯曲性能进行研究。分析发现波形钢腹板-钢管混凝土组合梁的应变分布符合“拟平截面假定”,将有限元计算结果与公式计算结果进行对比,验证应力与挠度计算公式的精确性;利用等截面代换法,推导了波形钢腹板-钢管混凝土组合梁抗弯刚度的计算方法。(2)利用截面换算与力的平衡计算方法,推导了波形钢腹板-钢管混凝土组合箱梁的不考虑滑移效应抗弯承载力计算方法与考虑滑移效应的抗弯承载力计算方法,并验证了其计算方法的可行性。(3)研究波形钢腹板-钢管混凝土组合箱梁的结构设计参数(波形钢腹板厚度与直线段长度、加劲肋间距、下弦钢管壁厚、梁高)对弯曲性能影响进行分析研究。分析发现:在保证组合梁经济合理性与稳定性的前提下,增加波形钢腹板的厚度、梁高与钢管壁厚会在一定限度内提高结构抗弯承载力与刚度;增加波形钢腹板直线段长度与组合梁加劲肋的间距会降低结构的抗弯承载力与结构刚度。(4)提出波形钢腹板-钢管混凝土组合梁设计参数合理匹配的研究方法和结构设计参数匹配率的定义及计算公式。利用有限元进行计算分析,研究得出三组结构设计参数,使结构的纵向拉应力、剪应力、竖向挠度与纵向压应力值四值均为最小。(5)对比分析传统波形钢腹板混凝土组合梁与波形钢腹板-钢管混凝土组合箱梁的弯曲性能。分析发现:在正常使用极限状态与承载能力极限状态下,波形钢腹板-钢管混凝土组合梁与传统波形钢腹板混凝土组合梁相比,并未提高结构的抗弯极限承载力,但改善了组合梁桥的正常使用性能,提高了组合梁结构的耐久性。
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