預(yù)應(yīng)力作用引起的箱梁剪力滯效應(yīng)研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代化交通需求、橋梁設(shè)計(jì)理念的推動(dòng)和箱形截面梁與預(yù)應(yīng)力技術(shù)的結(jié)合，箱形截面梁更加趨向于薄壁、長(zhǎng)懸臂的結(jié)構(gòu)形式，預(yù)應(yīng)力箱梁已經(jīng)成為橋梁建設(shè)的一種大趨勢(shì)。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）》資助下，針對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁，通過(guò)理論研究并結(jié)合數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究了預(yù)應(yīng)力效應(yīng)下箱梁的剪力滯效應(yīng)理論分析中的關(guān)鍵問(wèn)題。主要研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　?。?）為了回答軸向力是否引起剪力滯效應(yīng)，分

2、別針對(duì)無(wú)懸臂板和有懸臂板的單室箱梁，采用板殼有限元分析了軸向力分散于箱梁不同部位時(shí)的縱向應(yīng)力，引入軸向力剪力滯系數(shù)概念，研究了不同工況下的簡(jiǎn)支梁、懸臂梁和連續(xù)梁的軸向力剪力滯系數(shù)。結(jié)果表明，軸向力作用在箱梁時(shí)，梁體總體不會(huì)產(chǎn)生剪力滯效應(yīng)，僅在靠近軸向力作用點(diǎn)部位存在局部應(yīng)力集中區(qū)，其區(qū)域約為1倍梁寬的長(zhǎng)度，其值與一般構(gòu)件承受局部壓力時(shí)的應(yīng)力非均勻傳遞長(zhǎng)度相等。
　?。?）針對(duì)箱梁預(yù)應(yīng)力束在梁端通常是偏心錨固，并非錨固在形心軸位置，

3、等效預(yù)應(yīng)力作用包括作用在形心軸的軸壓力和梁端集中彎矩。本文將單箱雙室箱梁預(yù)應(yīng)力束偏心錨固時(shí)的預(yù)應(yīng)力等效荷載中軸向力和集中彎矩分開計(jì)算，對(duì)集中彎矩作用下的箱梁剪力滯效應(yīng)計(jì)算時(shí)，提出了在集中彎矩作用下能夠反映箱梁各翼板間剪力滯翹曲位移差異的剪力滯翹曲位移模式，建立了集中彎矩作用下的箱梁剪力滯效應(yīng)控制微分方程，得到解析解。系統(tǒng)的研究了集中彎矩作用部位不同時(shí)，箱梁的剪力滯分布規(guī)律。經(jīng)本文解析解與ANSYS有限元數(shù)值解的對(duì)比分析，得到的結(jié)果基本規(guī)

4、律和數(shù)值分析結(jié)果大小均基本相同，說(shuō)明本文所取的翹曲位移函數(shù)是合理的，導(dǎo)出的控制微分方程和解析解計(jì)算公式是正確的，且計(jì)算精度較好。
　　（3）對(duì)僅在集中彎矩作用下的簡(jiǎn)支單箱雙室箱剪力滯效應(yīng)分析，在集中彎矩作用部位的左右兩側(cè)各l/4范圍內(nèi)較大，剪力滯系數(shù)在集中彎矩作用部位取得最大值，當(dāng)在l/4跨部位作用集中彎矩時(shí)，集中彎矩作用部位附近頂板與腹板交界處考慮剪力滯效應(yīng)后的應(yīng)力達(dá)到了初等梁理論值的2.24倍，而其余部位較小。并且剪力系數(shù)在各

5、腹板之間存在差異，因此建議結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中有必要考慮到不同腹板間翼板應(yīng)力差異。
　　（4）針對(duì)預(yù)應(yīng)力束偏心錨固時(shí)的鋼束橫向布置方式不同，研究了不同剪力滯荷載效應(yīng)模式對(duì)箱梁截面的剪力滯效應(yīng)影響，采用ANSYS有限元軟件建立了簡(jiǎn)支梁、懸臂梁和連續(xù)梁分別在三腹板平均布束、兩邊腹板布束和僅中腹板布束時(shí)，典型截面和沿跨度方向的剪力滯效應(yīng)。結(jié)果表明，不同偏心布束不同時(shí)，箱梁剪力滯效應(yīng)分布不同，且差異較大，綜合三種布束方式下典型截面頂、底板的剪力滯系

6、數(shù)分析，僅在中腹板布置預(yù)應(yīng)力束時(shí)，截面頂?shù)装宓募袅禂?shù)變化較大，頂板剪力滯系數(shù)從中腹板附近的1.22變化到了翼緣邊緣附近的0.531，剪力滯效應(yīng)明顯；在三個(gè)腹板均勻布束的情況下，截面的剪力滯效應(yīng)相對(duì)差異較小。同時(shí)，不同布束方式對(duì)不同邊界條件下箱梁剪力滯效應(yīng)影響不同，對(duì)連續(xù)梁影響最大，簡(jiǎn)支梁次之，懸臂梁影響較小。
　　（5）針對(duì)超靜定箱梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力次內(nèi)力對(duì)箱梁剪力滯效應(yīng)的影響進(jìn)行了理論分析。理論上，在預(yù)應(yīng)力錨固端部位因剪力滯效應(yīng)引

7、起的附加彎矩值和預(yù)應(yīng)力初彎矩值同號(hào)，且大小只與箱梁截面的幾何特性有關(guān)，在中支點(diǎn)處的附加彎矩同時(shí)與箱梁的截面幾何參數(shù)、寬跨比有關(guān)。結(jié)合相關(guān)算例的有限元分析結(jié)果，得出理論與數(shù)值分析結(jié)果相符。
　?。?）對(duì)于兩跨連續(xù)梁在實(shí)際預(yù)應(yīng)力束線形布置設(shè)計(jì)時(shí)，一般是非吻合索布束方式。這些布束方式都會(huì)在梁內(nèi)產(chǎn)生次內(nèi)力，結(jié)合預(yù)應(yīng)力混凝土兩跨連續(xù)箱梁中鋼束不同線形布置方式，采用ANSYS有限元軟件建立板殼模型，研究了直線布束、折線布束和拋物線布束時(shí)的箱梁