三跨变截面波形钢腹板连续梁桥挠度及动力特性分析

作     者：蒋伋雨 

作者单位：兰州交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘世忠

授予年度：2017年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：波形钢腹板 剪力滞 剪切效应 挠度 动力特性 

摘      要：波形钢腹板箱梁桥作为一种新型钢混组合结构在国内外使用频率越来越高。其拥有很多优点,诸如结构自重低、预应力施加效率高、施工简便、跨越能力突出以及造型美观等。从20世纪80年代这种结构首先在法国出现以后,很快便得以在日本德国等国家得到推广,相应的研究也逐步深入。近年来,国内也出现大量的该类型箱梁桥。随着桥梁结构愈加复杂化,所需研究内容也大大增加。本文以国内一座大跨度变截面波形钢腹板连续梁桥为依托进行了一些研究。主要内容是在考虑剪切变形及剪力滞效应的共同作用下,对波形钢腹板大跨度变截面连续梁挠度计算方法的探讨。研究的过程主要运用到能量变分法对其挠度计算公式进行了推导,并对波形钢腹板截面惯性距的计算方法进行了简化。同时使用ANSYS软件建立三维有限元模型对该计算方法进行了验证。最终结果表明,该计算方法能较为准确的求解出荷载作用下箱梁各位置处挠度,能为施工设计起到指导作用。本文还对波形钢腹板箱梁的动力特性进行了研究,并分别建立梁单元与实体单元模型,对比分析了各自的特点。通过对比实体模型与梁单元模型后我们可以知道,在满足工程精度要求的前提下,计算箱梁自振特性时可以用工程师熟练掌握的梁单元建立模型而不必用建立复杂的实体模型,梁单元模型同样能够达到较为精确的结果。此外,还建立了跨径布置相同的普通腹板箱梁。对两者的自重、墩顶和跨中弯矩、截面特性以及动力特性进行了对比分析。结果表明普通混凝土箱梁相比波形钢腹板梁体自重减轻了约20%,跨中最大正弯矩降低11.7%,墩顶最大负弯矩降低20.7%,这有利于提高结构经济性。两者的纵横向抗弯刚度相差都不是很大,但是抗扭刚度降低较多,需要特别注意。并研究跨中横隔板对于抗扭刚度的影响,得出其虽然能够提高结构抗扭性能但是提高幅度有限的结论。在对自振频率进行研究后发现,波形钢腹板箱梁扭转频率主要发生在高阶,高于结构主频,可认为其仍旧具有较高抗扭刚度。