變截面波形鋼腹板組合梁橋的剪切變形及剪切屈曲研究.pdf

1、預應力混凝土波形鋼腹板組合箱梁是一種新型的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)形式，其充分利用鋼和混凝土兩種材料各自力學性能的優(yōu)點，通過優(yōu)化組合可實現(xiàn)良好的經(jīng)濟效益和結(jié)構(gòu)性能，在橋梁工程領域具有廣闊的應用前景。隨著橋梁跨徑的不斷增加，大跨波形鋼腹板組合梁橋呈現(xiàn)出一些新的結(jié)構(gòu)特點:1）采用變截面結(jié)構(gòu)形式;2）采用懸臂施工方式;3）支座附近內(nèi)襯混凝土。由于“變截面效應”的影響，變截面梁的受力特征將與等截面梁呈現(xiàn)較大的差別，傳統(tǒng)的計算假定將不再適用于變截面情形

2、（譬如:由于變截面梁Resal效應的影響，假定波形鋼腹板承擔全部或絕大部分豎向剪力將與實際受力情形不符）。既有的文獻多針對等截面波形鋼腹板組合梁進行研究，本文系首次針對變截面波形鋼腹板組合梁橋的受剪性能開展系列的理論與模型試驗研究。主要研究工作包括:
　　(1)基于鐵木辛柯經(jīng)典材料力學理論，利用微元體的平衡條件及剪應力互等定理，本文推導了計算變截面波形鋼腹板組合箱梁剪應力的精確解析公式，揭示了變截面梁剪應力沿截面高度的分布規(guī)律。研

3、究發(fā)現(xiàn)由于“變截面效應”的影響，變截面梁剪應力的計算需要考慮彎矩和軸力引起的附加剪應力，研究還證明了彎矩和軸力引起的附加剪應力為自平衡應力。
　　(2)通過實體有限元驗證了現(xiàn)有的一些有限元計算程序中將波形鋼腹板等效為混凝土平腹板并認為其承擔截面上全部的豎向剪力是不合理的。并基于正交異性板理論，本文提出了更為精確的波形鋼腹板等代分析模型。
　　(3)基于辛普森積分，提出變截面梁的等效折算慣性矩概念，將變截面梁等效為等截面梁進行

4、研究，實現(xiàn)變截面和等截面梁彎曲變形計算方法的統(tǒng)一。并基于平面四節(jié)點等參元的映射變換關系和試驗測得的框格節(jié)點應變提出了求解變截面梁彎曲和剪切變形的新方法。
　　(4)考慮非彈性屈曲及材料屈服強度的影響，本文總結(jié)了幾種波形鋼腹板剪切強度的計算方法（即剪切屈曲強度設計曲線）,并通過對比國內(nèi)外已開展的101組試驗數(shù)據(jù)，驗證了各設計公式的可靠性與適用性。
　　(5)以國家自然基金課題為依托，開展兩組變截面波形鋼腹板（內(nèi)襯混凝土腹板）組