[博士]大曲率連續(xù)鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)性能研究

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　　[博士]大曲率連續(xù)鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)性能研究　　學(xué)科專業(yè)：橋梁與隧道工程　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：長(zhǎng)安大學(xué)　　學(xué)位年度：2009　　彎鋼箱梁橋具有外形簡(jiǎn)潔美觀、結(jié)構(gòu)自重輕、受力性能好、抗扭剛度大、加工方便、施工期短、總體造價(jià)不太高、能夠很好地適應(yīng)地形地物限制要求等優(yōu)點(diǎn)，在城市高架橋、立交橋等大型交通樞紐中，尤其在跨線、跨越地裂縫等特殊場(chǎng)合下應(yīng)用非常廣泛，發(fā)展前景非常廣闊。對(duì)于大曲率連續(xù)彎鋼箱梁橋的研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義?！　? 本文對(duì)于大曲率連續(xù)彎鋼箱梁橋的極限承載力和剪力滯效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。首先，對(duì)于大曲率連續(xù)彎鋼箱梁橋結(jié)構(gòu)承載力的概念、類型和穩(wěn)定問題的類型、分析原則、計(jì)算方法以及極限承載力的求解技術(shù)、剪力滯效應(yīng)的基本概念等分別進(jìn)行了探討。其次，運(yùn)用有限元建模對(duì)結(jié)構(gòu)極限承載力進(jìn)行全過程分析，包括容許應(yīng)力控制下承載力分析、穩(wěn)定屈曲特征值分析、非線性狀態(tài)結(jié)構(gòu)極限承載力分析。把加勁肋的面積平攤在箱梁蓋板上，將鋼箱梁簡(jiǎn)化為普通箱梁，再采用變分法求解，并與空間有限元法求解進(jìn)行對(duì)比，提出無懸臂板鋼箱梁剪力滯系數(shù)的近似計(jì)算方法。然后，根據(jù)實(shí)橋結(jié)構(gòu)的材料特性、空間尺寸、連接方式等，按照1二10的比例制作了全橋縮尺模型，用該模型橋進(jìn)行試驗(yàn)研究。通過試驗(yàn)和理論計(jì)算結(jié)果的分析對(duì)比，來研究彎鋼箱梁橋的破壞形態(tài)、極限承載能力以及剪力滯效應(yīng)的變化規(guī)律。最后，根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果的分析對(duì)比得出相關(guān)結(jié)論。彎鋼箱梁模型橋最不利截面為5000mm跨跨中截面。模型橋破壞時(shí)5000mm跨跨中截面底板焊縫處、外側(cè)腹板焊縫處及內(nèi)側(cè)腹板處均出現(xiàn)寬度為2^}5mm的裂縫。模型橋在集中荷載工況下的最小承載力為63kN，均布荷載工況下的最小承載力為45kN/m2;而模型橋在對(duì)應(yīng)于實(shí)橋設(shè)計(jì)荷載的試驗(yàn)荷載作用下的最大應(yīng)力為29.61MPao由相似關(guān)系可知，在彈性范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)的承載力遠(yuǎn)大于其設(shè)計(jì)荷載。考慮材料非線性和幾何非線性等因素，集中荷載作用下結(jié)構(gòu)的實(shí)際極限承載力為156.7kN，均布荷載作用下結(jié)構(gòu)的實(shí)際極限承載力為111 kN/m2。而實(shí)橋設(shè)計(jì)荷載對(duì)應(yīng)的模型橋試驗(yàn)荷載為11.41kN，即模型橋的安全系數(shù)達(dá)到13.7。模型橋結(jié)構(gòu)在穩(wěn)定分析中以局部失穩(wěn)為主，一般出現(xiàn)在腹板與橫隔板處;穩(wěn)定系數(shù)較大，在整個(gè)過程中不會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象。無懸臂板鋼箱梁由于自身的構(gòu)造特點(diǎn)，鋼箱梁橋截面縱向正應(yīng)力沿橫截面的變化幅度相對(duì)較小，變化規(guī)律比較復(fù)雜;針對(duì)受壓區(qū)理論值與試驗(yàn)值之間的誤差，建議采用p•人作為受壓區(qū)的應(yīng)力提高系數(shù)。模型橋在線彈性、彈塑性、完全塑性狀態(tài)下，.跨中截面頂板在全塑性階段剪力滯效應(yīng)最明顯，底板在全過程中剪力滯效應(yīng)不明顯;支點(diǎn)截面頂板在彈性階段剪力滯效應(yīng)最明顯，底板在全塑性階段較顯著。無論是集中荷載或均布荷載作用下，對(duì)于同一個(gè)截面，正、負(fù)剪力滯效應(yīng)可同時(shí)出現(xiàn)，對(duì)于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)(頂?shù)装迮c腹板相接處的測(cè)點(diǎn))，沿橋縱向正、負(fù)剪力滯效應(yīng)均可能出現(xiàn)。在集中荷載或均布荷載作用下，單、雙室模型與三、四室模型相比剪力滯效應(yīng)相差不大，三、四室模型剪力滯效應(yīng)較小;三室模型受支座反力影響較大，對(duì)支座處結(jié)構(gòu)應(yīng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)。對(duì)于單箱四室截面模型，兩種定義的曲梁剪力滯系數(shù)人1、人:區(qū)別不大，但人，和}2并不隨著箱室數(shù)的增加而趨于一致。　　本文可為大曲率連續(xù)彎鋼箱梁橋在設(shè)計(jì)計(jì)算中提供參考，并為鋼橋規(guī)范的修訂提供技術(shù)資料。

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