波形钢腹板组合曲线箱梁弯扭行为研究

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波形钢腹板组合箱梁是一种新型结构形式,该结构形式具有自重轻、腹板不开裂等优点,在世界范围内受到普遍重视,并被大量应用于实际工程中。针对波形钢腹板组合直线箱梁的力学性能,已有许多学者进行了大量的研究。但波形钢腹板组合曲线箱梁由于力学行为复杂,其理论研究相对困难,理论与实验研究不充分。本文将主要研究波形钢腹板组合曲线箱梁的弯扭行为,主要工作如下:1.归纳总结现有波形钢腹板组合直线箱梁的弯曲理论,并将其分为了五类。前两类理论基于“拟平截面假定”推导建立,后三类理论基于各板纵向变形各自满足平截面变形推导建立。本文针对第二类和第五类弯曲理论进行了详细研究,推导了其建立过程。经过对比研究,发现两类弯曲理论计算得到的混凝土顶底板轴力、弯矩和钢腹板剪力相等。选择参数较少的第二类理论来研究波形钢腹板组合曲线箱梁的弯曲行为。2.基于经典薄壁箱梁约束扭转理论,将波形钢腹板组合直线箱梁约束扭转理论归纳总结为五类,详细研究了第一类和第四类约束扭转理论。经过对比研究,发现两类约束扭转理论均是基于乌曼斯基第二理论建立的,两类约束扭转理论的控制微分方程相同。选取第一类约束扭转理论来研究波形钢腹板组合曲线箱梁的约束扭转行为。3.基于波形钢腹板组合直线箱梁的弯曲理论和约束扭转理论,运用广义坐标法推导建立波形钢腹板组合曲线箱梁的弯扭计算方法,采用虚功原理建立控制微分方程和边界条件,推导过程中考虑初始曲率的影响。通过单元刚度矩阵和荷载列阵建立有限梁段模型,利用FORTRAN语言编制了计算程序。通过程序计算得出,有限梁段模型结果与三维仿真模型结果基本吻合,有限梁段模型满足实际工程的设计精度和安全性要求。4.采用有限元法研究了不同曲率半径下,波形钢腹板组合曲线箱梁位移和应力的横向分布,得到了波形钢腹板组合曲线箱梁的位移和应力随曲率半径的变化规律。研究表明,随着曲率半径的增加,曲线箱梁的位移和应力逐渐接近直线箱梁的位移和应力,波形钢腹板组合曲线箱梁的力学行为趋近于直线箱梁。
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