板桁結(jié)合型加勁梁受力機(jī)理與計(jì)算理論研究.pdf

1、本文以岳陽洞庭湖大橋?yàn)楸尘埃Y(jié)合交通運(yùn)輸部建設(shè)科技項(xiàng)目《大跨徑鋼桁加勁梁懸索橋關(guān)鍵技術(shù)研究》（2013318798320），在總結(jié)國內(nèi)、外已有板桁結(jié)合型加勁梁理論與試驗(yàn)研究成果的基礎(chǔ)上，采用有限元仿真分析、理論推導(dǎo)方法對(duì)板桁結(jié)合型加勁梁的受力機(jī)理、連續(xù)化分析方法、考慮剪力滯與剪切效應(yīng)的彎曲計(jì)算理論及約束扭轉(zhuǎn)計(jì)算理論進(jìn)行了研究。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　采用板-梁混合精細(xì)有限元方法對(duì)結(jié)合型加勁梁的受力機(jī)理進(jìn)行了研究，得到了豎

2、向橋面荷載在板桁結(jié)合型加勁梁橋面系的傳遞路徑與傳力比，研究了節(jié)間長與主桁寬度比、節(jié)間橫梁數(shù)量、節(jié)點(diǎn)、節(jié)間橫梁豎向剛度比、節(jié)點(diǎn)橫梁與橋面板的豎向剛度比等參數(shù)變化對(duì)橋面系傳力比的影響，以表格的形式給出了不同板桁結(jié)合型加勁梁幾何尺寸參數(shù)對(duì)應(yīng)的橋面系傳力比數(shù)值，提出了橋面系傳力比之間的基本關(guān)系式及豎向橋面荷載作用下上弦桿、中央縱梁與橫聯(lián)桁架的簡化受力模式。
　　基于能量原理推導(dǎo)了板桁結(jié)合型加勁梁主桁架腹桿和平聯(lián)的連續(xù)化等效板厚計(jì)算公式，根

3、據(jù)板桁結(jié)合型加勁梁連續(xù)化等效原則構(gòu)造了板桁結(jié)合型加勁梁的連續(xù)化等效截面；基于剛性扭轉(zhuǎn)與截面等翹曲假設(shè)，采用數(shù)值積分方法推導(dǎo)了板桁結(jié)合型加勁梁等效截面扭轉(zhuǎn)剛度與U型肋正交異性鋼橋面板的剪切等效厚度計(jì)算公式。以岳陽洞庭湖大橋?yàn)檠芯繉?duì)象，將連續(xù)化分析方法與精細(xì)有限元法的位移與應(yīng)力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果表明連續(xù)化分析方法具有較高的計(jì)算精度，同時(shí)大幅提高了計(jì)算效率。
　　基于板桁結(jié)合型加勁梁連續(xù)化分析方法，建立板桁結(jié)合型加勁梁剪力滯效應(yīng)分

4、析理論模型，考慮正交異性鋼橋面板法向與切向等效厚度的差異，在采用附加翹曲位移法修正加勁梁軸力平衡條件的基礎(chǔ)上構(gòu)造了板桁結(jié)合型加勁梁鋼橋面板的剪力滯縱向翹曲位移函數(shù)，基于能量變分原理推導(dǎo)了板桁結(jié)合型加勁梁剪力滯效應(yīng)控制微分方程，獲得了靜定板桁結(jié)合型加勁梁剪力滯效應(yīng)計(jì)算公式，采用精細(xì)有限元方法驗(yàn)證了理論公式的正確性；最后，結(jié)合橋面板有效寬度系數(shù)定義，給出了可供設(shè)計(jì)取用的靜定板桁結(jié)合型加勁梁鋼橋面板有效寬度系數(shù)公式。
　　基于能量變分原

5、理推導(dǎo)了考慮剪力滯與剪切效應(yīng)影響的板桁結(jié)合型加勁梁豎向撓度曲線公式，結(jié)合靜定板桁結(jié)合型加勁梁算例分析了剪力滯與剪切效應(yīng)對(duì)豎向撓度的提高程度，結(jié)果表明剪切附加撓度占總撓度的比例為30％~50％，而剪力滯效應(yīng)附加撓度的比例不超過10％；根據(jù)板桁結(jié)合型加勁梁桁架體系的剪切與軸向受力特點(diǎn)，推導(dǎo)了主桁架、K形平聯(lián)及X形平聯(lián)桿件軸力計(jì)算公式；基于板桁結(jié)合型加勁梁橋面荷載傳遞機(jī)理，推導(dǎo)了“W”形橫聯(lián)桁架內(nèi)、外腹桿的軸力計(jì)算公式。
　　考慮鋼正交

6、異性橋面板、主桁架、平聯(lián)桁架法向與切向等效厚度的差異，采用連續(xù)化方法將板桁結(jié)合型加勁梁等效為薄壁箱梁，推導(dǎo)了計(jì)入弦桿單元影響的薄壁單元剪切受力平衡條件，得到了約束扭轉(zhuǎn)正應(yīng)力與薄壁約束扭轉(zhuǎn)剪力流計(jì)算公式；基于烏式第二理論的一般原則建立板桁結(jié)合型加勁梁截面的約束扭轉(zhuǎn)控制微分方程，采用初參數(shù)法獲得了板桁結(jié)合型加勁梁截面扭轉(zhuǎn)角θ、約束扭轉(zhuǎn)程度β'、約束扭轉(zhuǎn)雙力矩B以及截面翹曲扭矩 Tω的計(jì)算公式；為了更有效的求解板桁結(jié)合型加勁梁的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，依據(jù)