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钢-混结合加劲梁悬索桥剪力滞分析及模型简化

钢-混结合加劲梁悬索桥剪力滞分析及模型简化

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作者：廖刘算西南交通大学

学位级别：硕士

钢.混结合梁因其能充分利用混凝土和钢材性能的特点及能够解决钢梁桥面铺装易破损难题的优势,现已应用于大跨度悬索桥中。目前采用该加劲梁形式的悬索桥较少,我们对于结合梁截面在这种大跨度柔性桥梁中的剪力滞效应的认识及研究仍很有... 详细信息

钢.混结合梁因其能充分利用混凝土和钢材性能的特点及能够解决钢梁桥面铺装易破损难题的优势,现已应用于大跨度悬索桥中。目前采用该加劲梁形式的悬索桥较少,我们对于结合梁截面在这种大跨度柔性桥梁中的剪力滞效应的认识及研究仍很有限。研究主要工作详述如下：1.借助两个钢.混结合梁实桥算例,分析讨论小纵梁、横梁对截面剪力滞效应的影响,研究结合梁模型合理简化的依据;2.利用大型通用有限元计算软件ANSYS建立鹦鹉洲长江大桥的精细模型,并验证了其合理性;利用桥梁非线性分析系统(BNLAS)建立杆系模型,确定活载下加劲梁的弯矩最不利截面及其影响线;3.根据最不利截面位置及其弯矩影响线,选取9种荷载工况进行最不利布载;根据有限元计算结果,讨论了荷载横向作用位置对剪力滞的影响,分析了将荷载等效作用于钢主梁上的可行性;4.在选取了合适的剪滞翘曲位移后,采用变分法得到了U.L.列式下的钢.混结合梁的弹性刚度矩阵、初应力刚度矩阵、等效节点荷载向量;提出了一种适用于各类梁单元在几何非线性分析中扣除位移增量中刚体位移的方法;5.考虑到ANSYS软件的通用性和强大的前后处理能力,根据推导的结构相关矩阵和UPFs功能,编写了能够考虑几何非线性和翼缘板剪力滞效应影响的钢.混结合梁单元;与ANSYS精细模型计算结果进行对比,验证了此单元的精度,并通过新单元分析了考虑剪滞效应后的主梁内力分布。针对钢.混结合梁在荷载作用下桥面板纵向应力分布规律的研究表明：结合梁模型简化时,可不考虑小纵梁的影响,但横梁在一定区域内对剪力滞效应影响较大,不可忽略;在分析截面剪滞效应时,将对称荷载等效地施加于钢梁处,能满足应力计算要求;分析偏载时的应力极值可按对称荷载加载,但需要乘以放大系数,系数可近似取比拟正交异性板法求得的横向分布系数的2倍;考虑剪力滞影响后的加劲梁,同种荷载工况作用下其轴力、剪力变化很小,弯矩变化较大,反弯点、极值点保持不变;基于能量变分法的剪力滞单元,对于悬索桥加劲梁剪力滞求解具有概念清楚、高效、适用性广的优点,且精度较高,能满足计算要求。

关键词：悬索桥钢.混结合梁剪力滞几何非线性 ANSYS UPFs二次开发

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