波形鋼腹板組合箱梁橋的力學(xué)性能分析與試驗研究.pdf

1、本文針對單箱單室波形鋼腹板簡支梁與波形鋼腹板兩跨連續(xù)梁采用理論分析、三維有限元數(shù)值模擬以及室內(nèi)模型試驗相結(jié)合的方法,對其靜力、動力特性進(jìn)行了深入系統(tǒng)地研究,主要工作和研究成果如下:
　　(1)設(shè)計制作了波形鋼腹板室內(nèi)試驗梁模型,測得了試驗梁的荷載—位移變化關(guān)系、截面的縱向應(yīng)力分布規(guī)律、自振頻率和振型,為隨后進(jìn)行的波形鋼腹板組合箱梁靜、動力學(xué)特性研究奠定了試驗基礎(chǔ)。
　　(2)在忽略波形鋼腹板縱向抗彎作用的基礎(chǔ)上,運(yùn)用能量變分

2、法推導(dǎo)出了計算波形鋼腹板組合箱梁剪力滯效應(yīng)的控制微分方程和相應(yīng)的自然邊界條件,推導(dǎo)了在集中荷載、均布荷載作用下波形鋼腹板兩跨連續(xù)箱梁剪力滯系數(shù)的計算公式,并通過與實(shí)測值及三維有限元值的比較分析,三者結(jié)果吻合良好,驗證了所得公式的正確性。
　　(3)綜合考慮波形鋼腹板剪切變形與箱梁剪力滯效應(yīng),并對波形鋼腹板的剪切模量進(jìn)行修正,運(yùn)用能量變分法推導(dǎo)了均布荷載作用下波形鋼腹板簡支箱梁與兩跨連續(xù)箱梁的撓度計算公式,計算公式的正確性得到了室內(nèi)

3、模型試驗的實(shí)測值及有限元值的驗證。在此基礎(chǔ)上分析了隨著波形鋼腹板組合箱梁寬跨比和高跨比的變化、波形鋼腹板剪切變形與箱梁剪力滯效應(yīng)分別對均布荷載作用下波形鋼腹板簡支箱梁和兩跨連續(xù)箱梁撓度的影響程度。
　　(4)利用疊加原理解決了集中荷載作用下運(yùn)用能量變分法求解波形鋼腹板兩跨連續(xù)箱梁撓度時,由于截面上豎向剪力的一階導(dǎo)數(shù)為零而無法通過二次積分計算出由剪力引起的撓度問題,計算方法的正確性得到實(shí)測值與有限元結(jié)果的驗證,并在此基礎(chǔ)上分析了隨著

4、波形鋼腹板組合箱梁寬跨比和高跨比的變化、波形鋼腹板的剪切變形與箱梁剪力滯效應(yīng)分別對集中荷載作用下波形鋼腹板兩跨連續(xù)箱梁撓度的影響程度。
　　(5)運(yùn)用能量變分原理與Hamilton原理,忽略波形鋼腹板的彎曲應(yīng)變能,在綜合考慮波形鋼腹板剪切效應(yīng)與箱梁剪力滯效應(yīng)的基礎(chǔ)上,對波形鋼腹板的剪切模量進(jìn)行修正,推導(dǎo)出了波形鋼腹板簡支箱梁豎向彎曲振動頻率的計算公式,所得公式揭示了影響波形鋼腹板簡支箱梁豎向彎曲振動頻率的因素為波形鋼腹板的剪切效應(yīng)

5、、箱梁剪力滯效應(yīng)及兩者的耦合效應(yīng)。計算公式所得結(jié)果與實(shí)測值、有限元值吻合較好,驗證了計算公式的正確性。
　　(6)在所得波形鋼腹板簡支箱梁豎向彎曲振動頻率計算公式的基礎(chǔ)上,運(yùn)用分段函數(shù)法推導(dǎo)出了波形鋼腹板兩跨連續(xù)箱梁豎向彎曲振動頻率計算公式,計算結(jié)果與三維有限元值、實(shí)測值吻合良好,驗證了計算公式的正確性。
　　(7)進(jìn)一步研究表明《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTG D60-2004)里關(guān)于簡支梁和連續(xù)梁豎向基頻的計算公式不適用