【摘要】：波形鋼腹板PC組合箱梁是一種鋼與混凝土材料的組合體，兩種材料各自發(fā)揮自身的力學(xué)性能：混凝土頂?shù)装宄惺軓澗�，波形鋼腹板承受剪力，充分地發(fā)揮了材料的特性，，因而該類(lèi)組合結(jié)構(gòu)材料得到充分利用。在扭轉(zhuǎn)受力方面，將鋼腹板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土腹板，具有一般箱梁扭轉(zhuǎn)特性，但由于波形鋼腹板具有特殊的折疊效應(yīng)且鋼腹板很薄，與一般箱梁的應(yīng)力相比較，會(huì)發(fā)生一定程度的變化。因波形鋼腹板箱梁的橫截面面積較小，抗扭慣性矩和抗扭剛度將會(huì)極大地減小，從而波形鋼腹板箱梁在承受外力扭矩作用時(shí)，其截面的翹曲系數(shù)、扭轉(zhuǎn)翹曲應(yīng)力、縱向位移及扭轉(zhuǎn)角變化率會(huì)比一般預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁的大。為了具體地研究波形鋼腹板PC組合箱梁在承受扭轉(zhuǎn)荷載作用時(shí)的力學(xué)性能，主要完成了以下工作： 1通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)完成的模型試驗(yàn)梁，了解波形鋼腹板箱梁的一般施工工藝、內(nèi)部構(gòu)造及組合連接部位銜接問(wèn)題的處理，概述了該類(lèi)組合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、力學(xué)特性、優(yōu)點(diǎn)及目前國(guó)內(nèi)外的研究狀況。 2通過(guò)位移等效法及剛度等效法求出波形鋼腹板三個(gè)尺寸方向的彈性模量，將三維波形鋼腹板問(wèn)題簡(jiǎn)化成二維問(wèn)題，得出波形鋼腹板縱向彈性模量遠(yuǎn)小于其余兩方向彈性模量，這便是波形鋼腹板產(chǎn)生褶皺效應(yīng)的緣由。 3利用薄壁箱梁理論及彈性板殼理論推導(dǎo)波形鋼腹板的抗扭慣性矩，得出頂板懸挑部分的抗扭慣性矩為整個(gè)截面的0.5%，從而僅研究箱梁的環(huán)形部分的抗扭慣性矩是可行的，再者，理論公式推導(dǎo)與模型試驗(yàn)結(jié)果有一定的差別，需要進(jìn)一步對(duì)理論分析研究結(jié)果進(jìn)行修正。 4利用能量變分原理推導(dǎo)出了波形鋼腹板約束扭轉(zhuǎn)控制微分方程，考慮梁體承受兩種特殊外力荷載狀態(tài)—滿(mǎn)跨均布扭轉(zhuǎn)及跨中集中扭矩，并對(duì)控制微分方程進(jìn)行通解及特解的分析，進(jìn)而推導(dǎo)了截面扭轉(zhuǎn)角、翹曲系數(shù)、雙力矩及梁體截面扭矩等常用力學(xué)參數(shù)，并將這些參數(shù)與同尺寸一般箱梁的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，得出波形鋼腹板箱梁對(duì)截面扭轉(zhuǎn)角及翹曲系數(shù)相當(dāng)敏感，且在大跨徑長(zhǎng)懸臂狀態(tài)下這些參數(shù)將更為突出。 5波形鋼腹板箱梁的抗扭剛度低于一般箱形梁，在動(dòng)荷載作用下扭轉(zhuǎn)振動(dòng)將處于不利的狀態(tài)，利用能量變分原理來(lái)求解扭轉(zhuǎn)自由振動(dòng)微分方程，對(duì)微分方程采用分離變量法求出扭轉(zhuǎn)自振頻率及振型參數(shù)。 6參照實(shí)驗(yàn)室內(nèi)縮尺模型試驗(yàn)梁的尺寸，建立ANSYS模型，進(jìn)行網(wǎng)格劃分、邊界條件及外荷載的施加，提取截面頂?shù)装宓目v向應(yīng)力位移云圖，鋼腹板的剪切應(yīng)力云圖并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，探討該研究方法的可行性。通過(guò)提取波形鋼腹板箱梁自振頻率，并從中取出前三階扭轉(zhuǎn)自振頻率，理論計(jì)算結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果表明：第一階扭轉(zhuǎn)頻率與理論值相差較近，后兩階扭轉(zhuǎn)頻率存在著一定誤差。
【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】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：U441;U448.213

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2534522