波形钢腹板钢-混组合箱梁桥的腹板屈曲分析及研究

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波形钢腹板组合箱梁桥是一种用波形钢腹板代替传统混凝土腹板的新型钢-混凝土组合结构桥梁,其可以充分发挥钢材与混凝土的各自优点,使得结构受力更加合理。由于其结构的诸多特点,波形钢腹板组合箱梁桥近年来在国内外被大量设计与应用。而随着桥梁跨度不断增大以及该桥型在城市桥梁中的使用,变截面波形钢腹板组合箱梁桥和曲线形波形钢腹板组合箱梁桥的应用逐渐增多。本文结合ANSYS有限元数值模拟和理论分析的方式,对变截面波形钢腹板组合箱梁桥和曲线形波形钢腹板组合箱梁桥的腹板剪切屈曲问题进行了分析研究。主要研究内容如下:(1)以南照淮河大桥的腹板尺寸函数为工程背景,建立相应的等截面直梁波形钢腹板和变截面波形钢腹板有限元模型。通过对比二者有限元结果,发现二者之间存在一种特定的联系。最后基于此种联系,结合等截面波形钢腹板剪切屈曲强度的现有理论计算公式,给出了变截面波形钢腹板分别在不同屈曲模式下的剪切屈曲强度理论计算公式。经有限元结果验证,提出的变截面波形钢腹板在不同屈曲模式和不同边界条件下的剪切屈曲强度理论计算值与有限元值吻合良好,误差均在5%以内。(2)通过对现有的等截面波形钢腹板的剪切屈曲强度计算公式进行分析,发现其在腹板高度超过4m时不再适用,本文对腹板高度大于4m时的等截面波形钢腹板的剪切屈曲强度计算公式进行了修正,修正后的公式经有限元验证具有良好的计算精度。(3)对可能影响变截面波形钢腹板剪切屈曲强度的影响参数进行了研究。主要影响参数如下:不同的波形钢腹板型号、波高与厚度hr/tw的影响、波形钢腹板水平子板宽度与其高度比b/hw2的影响、波形钢腹板高厚比hw2/tw的影响。(4)本文基于薄板的大挠度弯曲理论,结合伽辽金法和虚位移原理,推导了曲线形波形钢腹板在四边简支条件下整体剪切屈曲强度的理论计算公式。同时,通过建立ANSYS有限元模型对理论公式进行验证。结果表明,所推导的理论计算公式具有良好的计算精度,误差均在2%以内。(5)对可能影响曲线形波形钢腹板的剪切屈曲强度的影响参数进行了分析。主要影响参数如下:波高与波形钢腹板厚度比hr/tw的影响、波高与波形钢腹板厚度比hw/tw的影响和曲率半径R的影响。
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