特殊支承条件下薄壁箱梁的剪力滞效应分析及其对挠度影响的研究

结题报告

项目介绍

AI项目解读

基本信息

批准号：
51068018
项目类别：
地区科学基金项目
资助金额：
26.0万
负责人：
张元海
依托单位：
兰州交通大学
学科分类：
E0805.工程材料
结题年份：
2013
批准年份：
2010
项目状态：
已结题
起止时间：
2011-01-01 至2013-12-31

项目参与者：
孙学先；苏彦江；林丽霞；郭健；张慧；黄永庭；刘勇；李娜娜；
关键词：
薄壁箱梁剪力滞效应挠度增大系数特殊支承

项目摘要

薄壁箱梁由于具有良好的受力性能，在现代桥梁工程中被广泛应用。随着高速公路和城市高架工程的大规模建设，各种特殊支承型式薄壁箱梁的应用日益增多，但现行桥梁设计规范中还缺乏其相关条文规定，目前对其设计计算理论的研究工作也还极为欠缺。.本项目拟开展特殊支承条件下薄壁直线箱梁和曲线箱梁的剪力滞效应研究。通过在支承坐标系下考虑薄壁箱梁各变形状态的耦联性，提出一种分析特殊支承薄壁直线箱梁和曲线箱梁剪力滞效应的计算方法，并在数值分析基础上编制其翼缘板有效宽度系数的实用图表曲线；揭示剪力滞效应对薄壁箱梁挠度的影响规律，提出剪力滞效应对特殊支承薄壁箱梁的挠度增大系数；将剪力滞变形从箱梁挠曲状态分离出来，作为一种独立的基本变形状态处理，并建立其相应的计算理论。.通过本项目的实施，可以进一步丰富和完善薄壁箱梁的计算理论，并对特殊支承薄壁箱梁的合理设计提供科学依据，研究成果必将具有广阔的工程应用前景。

结项摘要

虽然人们已针对薄壁箱梁的剪力滞效应开展了大量研究工作并取得了不少研究成果，然而，已有研究主要是针对常规支承箱梁进行的，针对特殊支承箱梁剪力滞效应的研究还极为欠缺，桥梁设计规范中也缺乏其相关条文规定。特殊支承箱梁发生竖向挠曲变形时存在弯扭耦合效应，这使其剪力滞效应的分析更为复杂。本项目通过开展特殊支承薄壁箱梁的剪力滞效应研究，揭示了其剪力滞规律及特殊力学性能，丰富和完善了薄壁箱梁的计算理论，为制定桥梁设计规范中相关条文奠定了理论基础。.(1) 通过建立支承坐标系，引入变换矩阵，将形心坐标系下的挠曲位移及扭心坐标系下的扭转翘曲位移向支承坐标系变换，使箱梁的各位移分量在支承坐标系下满足变形协调及约束条件，建立了特殊支承箱梁的变形耦合关系及剪力滞分析的力学模型。.(2) 基于能量变分原理，提出了特殊支承薄壁箱梁剪力滞分析的梁段有限元模型，选取剪力滞控制微分方程的齐次解作为单元位移函数，导出了梁段单元的刚度矩阵及等效节点力公式。用FORTRAN语言编制了特殊支承箱梁剪力滞效应分析的梁段有限元程序，通用有限元软件及模型试验结果验证了所编程序的正确性。.(3) 选取剪力滞效应引起的附加挠度作为广义位移，将箱梁的剪力滞变形从挠曲变形状态中分离出来，作为一种独立的基本变形状态进行分析，提出了剪力滞变形状态的独立分析理论，将传统的挠曲状态下剪力滞分析方法推广到任意外荷载作用的情形。通过定义剪力滞广义力矩及截面翘曲几何特性，提出了一种计算剪力滞翘曲应力的简便公式，它与初等梁弯曲应力公式具有相同形式，便于工程技术人员应用。.(4) 通过求解所建立的剪力滞控制微分方程，导出了考虑剪力滞影响的简支箱梁和悬臂箱梁的挠度计算公式。剪力滞效应对箱梁挠度的增大系数随跨宽比及抗弯惯性矩的增大而减小，随剪力滞翘曲惯性积的增大而增大。对跨宽比为4.0~6.0的简支箱梁，可将按初等梁计算的挠度乘以提高系数1.05~1.11，以考虑剪力滞效应对挠度的影响。.(5) 与常规支承箱梁相比，特殊支承箱梁具有更显著的剪力滞效应。当斜支承角不超过30˚时，剪力滞系数随斜支承角的变化不大。斜支承角和荷载横向位置对特殊支承箱梁的扭转翘曲双力矩有显著影响。在偏心荷载作用下，特殊支承箱梁的扭转翘曲双力矩更大，但双力矩具有快速衰减的分布特征。