變截面波形鋼腹板組合箱梁橋剪力滯效應研究

《變截面波形鋼腹板組合箱梁橋剪力滯效應研究》是依託山東大學，由姜瑞娟擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：變截面波形鋼腹板組合箱梁橋剪力滯效應研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：姜瑞娟
• 依託單位：山東大學

中文摘要

波形鋼腹板組合箱梁橋是一種節能、低碳、可持續性良好的新型組合結構橋樑，兼顧縱橋向截面變化和橫橋向翼緣板厚度變化的剪力滯效應研究的缺乏是制約其向更大跨度和寬度發展的重要問題之一。為解決此問題本項目：1、針對用一個縱向位移差函式表征不精確的問題，提出採用三個不同的位移差函式分別表征懸臂板、箱內頂板、底板翹曲位移幅值沿組合箱梁的縱向分布，基於最小勢能原理和變分法分析變截面波形鋼腹板組合箱梁橋剪力滯效應；2、針對現有有效翼緣寬度計算方法不適用於變厚度翼緣板的問題，提出以矩形為應力積分面域的有效翼緣寬度計算方法；3、針對現有國內外主流規範在變截面波形鋼腹板組合箱梁橋有效翼緣寬度計算方面的適用性問題，提出該類橋樑的有效翼緣寬度實用計算方法。通過理論分析、數值模擬和試驗驗證系統研究變截面波形鋼腹板組合箱梁橋剪力滯效應，由參數分析掌握關鍵因素影響規律，為該類橋樑的設計提供有益參考，促進其推廣和套用。

結題摘要

波形鋼腹板組合箱梁是一種力學性能優越、節能低碳、可持續性好的新型組合橋樑結構。剪力滯效應是制約該類結構更大跨度和寬度發展的重要力學問題之一。本項目有機結合理論分析、數值模擬和試驗研究，對波形鋼腹板組合箱梁和雙管弦桿波形鋼腹板組合箱梁的剪力滯效應進行了深入研究。研究對象主要為縱向變截面結構，兼顧縱向等截面結構。所進行的主要研究工作和所得的主要結論如下。（1）針對傳統翼緣有效寬度不適用於橫向變厚度翼緣板、未考慮截面應力不均勻分布的缺點，提出了翼緣有效寬度的新定義和計算方法，並得到了可作為剪力滯效應有效指標的翼緣有效寬度係數。對比研究表明，在設計計算中套用新定義的翼緣有效寬度能夠更準確地估計截面最大應力，可以同時保證結構安全性和經濟性。（2）基於能量變分法推導了變截面波形鋼腹板組合箱梁剪力滯效應的控制方程，提出了方程的有限差分求解方法，並開發了相關計算程式，建立了基於能量變分法理論分析和有限差分求解的半解析分析方法。根據試驗和有限元分析結果對該半解析分析方法進行了驗證，證明基於該半解析分析方法可以準確地得到波形鋼腹板組合箱梁翼緣有效寬度係數和剪力滯係數。（3）對波形鋼腹板組合箱梁和雙管弦桿波形鋼腹板組合箱梁兩類結構開展荷載試驗，通過實測截面應力和應變分布，對剪力滯效應進行試驗研究，驗證了本項目半解析方法和有限元建模分析方法的準確性。（4）基於半解析方法、有限元數值模擬和試驗研究，分析了簡支和連續波形鋼腹板組合箱梁剪力滯效應的特徵。簡支波形鋼腹板組合箱梁跨中呈現正剪力滯效應，沿縱向剪力滯效應強度變化不大。連續波形鋼腹板組合箱梁在各跨正彎矩區呈現正剪力滯效應，而在反彎點附近可能出現負剪力滯。（5）基於半解析方法和有限元模擬法，研究了結構體系、寬跨比、寬高比、截面頂板厚度等、腹板剪下變形、橫隔板設定、汽車荷載作用等因素對波形鋼腹板組合箱梁和雙管弦桿波形鋼腹板組合箱梁剪力滯效應的影響，並總結了相關規律。（6）研究了國內外技術規範中有效翼緣寬度規定對變截面波形鋼腹板組合箱梁橋的適用性，然後基於參數分析的結果，初步提出實際工程設計中波形鋼腹板組合箱梁翼緣有效寬度取值建議，作為在實際工程設計中考慮剪力滯效應的方法。