本文關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力作用下箱梁剪力滯效應(yīng)的理論及實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁是預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)發(fā)展的象征。預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋由于諸多優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于交通建設(shè)領(lǐng)域,在我國(guó)取得的成就舉足輕重。本論文在國(guó)家自然科學(xué)基金《PC箱梁考慮預(yù)應(yīng)力作用效應(yīng)的剪力滯行為研究(51208242)》的資助下,針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁,通過(guò)理論計(jì)算和模型實(shí)驗(yàn)研究,研究了預(yù)應(yīng)力作用下箱梁剪力滯的分布規(guī)律。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)推導(dǎo)了一種剪力滯翹曲位移函數(shù)。PC箱梁偏心錨固于箱梁兩端的預(yù)應(yīng)力束筋會(huì)產(chǎn)生一個(gè)作用于梁端的縱向軸向力和一個(gè)集中彎矩,根據(jù)這種受力特點(diǎn),本文提出一個(gè)在集中彎矩作用下能反映PC箱梁上下翼板剪切變形差異的縱向翹曲位移函數(shù),建立了一個(gè)能考慮箱梁剪力滯效應(yīng)的控制微分方程并結(jié)合典型邊界條件,得到應(yīng)力解答。根據(jù)理論推導(dǎo)結(jié)果研究了箱梁縱向的應(yīng)力分布規(guī)律,并將解析解與有限元數(shù)值模擬解進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,兩者相互吻合較好,說(shuō)明本文縱向翹曲位置函數(shù)的選取合理,推導(dǎo)公式可行且具有很高精度。(2)分析了軸向力不產(chǎn)生剪力流的力學(xué)機(jī)理。預(yù)應(yīng)力束筋在跨內(nèi)根據(jù)應(yīng)力分布不同,布束形式有曲線布束、折線布束和直線布束,前兩者將在上下翼板中產(chǎn)生剪力流,進(jìn)而產(chǎn)生剪力滯效應(yīng),后者產(chǎn)生剪力滯的機(jī)制較為復(fù)雜。直線布束產(chǎn)生的軸向力在向梁內(nèi)傳遞的過(guò)程中,在作用點(diǎn)附近有局部應(yīng)力集中現(xiàn)象,應(yīng)力傳遞經(jīng)過(guò)一段距離之后,將會(huì)成為平面應(yīng)力狀態(tài),不產(chǎn)生剪力流,因此軸向力不產(chǎn)生剪力滯效應(yīng)。偏心錨固的彎矩相當(dāng)于施加在梁端的集中彎矩,在此集中彎矩作用下,梁端一定范圍內(nèi)的橫截面會(huì)有應(yīng)力不均勻分布的情況。(3)進(jìn)行了有機(jī)玻璃縮尺箱梁模擬實(shí)驗(yàn)。當(dāng)預(yù)應(yīng)力束筋橫向作用位置改變時(shí),梁內(nèi)應(yīng)力分布會(huì)發(fā)生變化。梁端至Le范圍內(nèi)剪力滯現(xiàn)象明顯(Le約等于兩腹板之間的橫向間距),越靠近梁端,剪力滯現(xiàn)象越明顯,剪力滯系數(shù)最大值為3,在梁端處。在Le至跨中范圍內(nèi),縱向應(yīng)力實(shí)際值與初等梁應(yīng)力解一致,不存在剪力滯效應(yīng)。(4)模擬進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力作用下的單箱單室箱梁實(shí)驗(yàn)。當(dāng)單箱單室箱梁受到偏心對(duì)稱軸向力作用時(shí),剪力滯效應(yīng)主要發(fā)生在梁體兩端距離作用點(diǎn)一倍梁寬范圍內(nèi),橫截面縱向應(yīng)力不均勻現(xiàn)象比較劇烈;在一倍梁寬范圍外,各應(yīng)力值接近于基于初等梁理論應(yīng)力值,L/4跨截面存在微弱剪力滯效應(yīng),跨中完全不產(chǎn)生剪力滯效應(yīng)。當(dāng)軸向力作用在頂板時(shí),頂板剪力滯效應(yīng)明顯,底板應(yīng)力不均勻現(xiàn)象弱于頂板;當(dāng)軸向力作用在底板時(shí),底板剪力滯效應(yīng)比作用于頂板明顯。當(dāng)預(yù)應(yīng)力束筋位置發(fā)生改變時(shí),箱梁截面的剪力滯效應(yīng)明顯不同,差異較大,且存在負(fù)剪力滯現(xiàn)象,各截面應(yīng)力峰值位置也有變化。(5)模擬進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力作用下的單箱雙室箱梁實(shí)驗(yàn)。單箱雙室箱梁比起單箱單室箱梁構(gòu)造更加復(fù)雜,箱梁力學(xué)空間效應(yīng)更加明顯,在軸向力作用下,力學(xué)行為有新的特點(diǎn)。雙室箱梁發(fā)生剪力滯效應(yīng)的范圍比單室更廣,L/8跨截面剪力滯效應(yīng)劇烈,L/4跨截面剪力滯效應(yīng)仍存在,跨中不存在剪力滯效應(yīng)。當(dāng)在頂板布束時(shí),頂板剪力滯效應(yīng)明顯,底板應(yīng)力不均勻現(xiàn)象弱于頂板;當(dāng)軸在底板布束時(shí),底板剪力滯效應(yīng)比作用于頂板明顯。當(dāng)布束位置發(fā)生改變時(shí),箱梁截面剪力滯效應(yīng)隨之發(fā)生改變,總體來(lái)看,跨中應(yīng)力基本不變,1/4跨截面剪力滯系數(shù)隨著作用點(diǎn)位置的改變而改變,L/8跨截面剪力滯系數(shù)隨著作用點(diǎn)位置的改變而改變的程度比L/4跨劇烈的多,且應(yīng)力峰值橫向位置跟布束位置有關(guān)。(6)分析了預(yù)應(yīng)力布束的集中程度對(duì)箱梁剪力滯效應(yīng)的影響。當(dāng)束筋被四等份對(duì)稱布置在梁內(nèi)時(shí),無(wú)論頂板或底板,剪力滯效應(yīng)均要弱于二等份布束,各截面應(yīng)力的分布更加均勻,以剪力滯效應(yīng)較劇烈的L/8截面為例,剪力滯系數(shù)為1.34,減小了25%。
【關(guān)鍵詞】：預(yù)應(yīng)力箱梁 剪力滯效應(yīng) 變分法 軸向力 集中彎矩
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U441
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-16
• 1.1 選題背景11-12
• 1.2 箱梁的剪力滯效應(yīng)12-13
• 1.3 預(yù)應(yīng)力等效荷載法13
• 1.4 國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展概況13-14
• 1.5 本論文研究方法和擬解決的問(wèn)題14-16
• 1.5.1 本論文研究方法14-15
• 1.5.2 論文擬解決的問(wèn)題15-16
• 2 基于能量方法的預(yù)應(yīng)力剪力滯基礎(chǔ)理論16-35
• 2.1 預(yù)應(yīng)力等效荷載16-19
• 2.2 基本假定19
• 2.3 簡(jiǎn)支梁控制微分方程19-24
• 2.3.1 勢(shì)能表達(dá)式20-21
• 2.3.2 控制微分方程21
• 2.3.3 集中彎矩作用下的簡(jiǎn)支梁剪力滯方程21-22
• 2.3.4 邊界條件22
• 2.3.5 通解求解22-23
• 2.3.6 跨間作用集中彎矩時(shí)簡(jiǎn)支梁剪力滯解析解23
• 2.3.7 一端作用集中彎矩時(shí)簡(jiǎn)支梁剪力滯解析解23-24
• 2.3.8 兩端作用集中彎矩時(shí)簡(jiǎn)支梁剪力滯解析解24
• 2.4 不同布束形式下的預(yù)應(yīng)力效應(yīng)24-26
• 2.4.1 水平直線布束24-25
• 2.4.2 折線布束25
• 2.4.3 曲線布束25-26
• 2.5 直線布束預(yù)應(yīng)力作用下的簡(jiǎn)支梁效應(yīng)分析26-29
• 2.5.1 彎矩作用下的剪力滯機(jī)理26-27
• 2.5.2 軸力作用下的剪力滯機(jī)理27-29
• 2.6 算例分析29-33
• 2.6.1 橫向應(yīng)力計(jì)算29-31
• 2.6.2 縱向應(yīng)力計(jì)算31-33
• 2.7 結(jié)論33-35
• 3 預(yù)應(yīng)力作用下的單箱單室箱梁剪力滯效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究35-61
• 3.1 預(yù)應(yīng)力單室箱梁模型設(shè)計(jì)35-45
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想35
• 3.1.2 實(shí)驗(yàn)構(gòu)件設(shè)計(jì)與制作35-39
• 3.1.3 單箱單室加載方案39-41
• 3.1.4 單箱單室箱梁加載工況41-42
• 3.1.5 測(cè)點(diǎn)布置42-44
• 3.1.6 實(shí)驗(yàn)流程44-45
• 3.2 預(yù)應(yīng)力箱梁受力性能數(shù)值仿真分析45-46
• 3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理及對(duì)比46-59
• 3.3.1 單箱單室預(yù)應(yīng)力加載應(yīng)力測(cè)試結(jié)果46-56
• 3.3.2 應(yīng)力按梁長(zhǎng)的分布規(guī)律56-57
• 3.3.3 單箱單室預(yù)應(yīng)力加載撓度測(cè)試結(jié)果57-59
• 3.4 小結(jié)59-61
• 3.4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果59-60
• 3.4.2 實(shí)驗(yàn)分析方法評(píng)述60-61
• 4 預(yù)應(yīng)力作用下的單箱雙室箱梁剪力滯效應(yīng)試驗(yàn)研究61-88
• 4.1 預(yù)應(yīng)力雙室箱梁模型設(shè)計(jì)61-66
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想61
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)構(gòu)件設(shè)計(jì)與制作61-62
• 4.1.3 單箱雙室加載工況62-64
• 4.1.4 測(cè)點(diǎn)布置64-66
• 4.1.5 實(shí)驗(yàn)流程66
• 4.2 預(yù)應(yīng)力箱梁受力性能數(shù)值仿真分析66-67
• 4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理及對(duì)比67-86
• 4.3.1 單箱雙室預(yù)應(yīng)力加載應(yīng)力測(cè)試結(jié)果67-82
• 4.3.2 應(yīng)力沿梁長(zhǎng)的分布規(guī)律82-85
• 4.3.3 單箱雙室預(yù)應(yīng)力加載撓度測(cè)試結(jié)果85-86
• 4.4 小結(jié)86-88
• 4.4.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果86-87
• 4.4.2 實(shí)驗(yàn)分析方法評(píng)述87-88
• 5 結(jié)論88-90
• 致謝90-91
• 參考文獻(xiàn)91-94
• 攻讀學(xué)位期間的研究成果94

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