波形鋼腹板PC組合箱梁扭轉力學性能分析.pdf

1、波形鋼腹板PC組合箱梁是一種鋼與混凝土材料的組合體,兩種材料各自發(fā)揮自身的力學性能:混凝土頂?shù)装宄惺軓澗?波形鋼腹板承受剪力,充分地發(fā)揮了材料的特性,因而該類組合結構材料得到充分利用。在扭轉受力方面,將鋼腹板代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土腹板,具有一般箱梁扭轉特性,但由于波形鋼腹板具有特殊的折疊效應且鋼腹板很薄,與一般箱梁的應力相比較,會發(fā)生一定程度的變化。因波形鋼腹板箱梁的橫截面面積較小,抗扭慣性矩和抗扭剛度將會極大地減小,從而波形鋼腹板箱梁在承受

2、外力扭矩作用時,其截面的翹曲系數(shù)、扭轉翹曲應力、縱向位移及扭轉角變化率會比一般預應力混凝土箱梁的大。為了具體地研究波形鋼腹板PC組合箱梁在承受扭轉荷載作用時的力學性能,主要完成了以下工作:
　　1.通過查閱相關文獻,通過實驗室已經(jīng)完成的模型試驗梁,了解波形鋼腹板箱梁的一般施工工藝、內部構造及組合連接部位銜接問題的處理,概述了該類組合結構的結構特點、力學特性、優(yōu)點及目前國內外的研究狀況。
　　2.通過位移等效法及剛度等效法求出

3、波形鋼腹板三個尺寸方向的彈性模量,將三維波形鋼腹板問題簡化成二維問題,得出波形鋼腹板縱向彈性模量遠小于其余兩方向彈性模量,這便是波形鋼腹板產(chǎn)生褶皺效應的緣由。
　　3.利用薄壁箱梁理論及彈性板殼理論推導波形鋼腹板的抗扭慣性矩,得出頂板懸挑部分的抗扭慣性矩為整個截面的0.5％,從而僅研究箱梁的環(huán)形部分的抗扭慣性矩是可行的,再者,理論公式推導與模型試驗結果有一定的差別,需要進一步對理論分析研究結果進行修正。
　　4.利用能量變分

4、原理推導出了波形鋼腹板約束扭轉控制微分方程,考慮梁體承受兩種特殊外力荷載狀態(tài)—滿跨均布扭轉及跨中集中扭矩,并對控制微分方程進行通解及特解的分析,進而推導了截面扭轉角、翹曲系數(shù)、雙力矩及梁體截面扭矩等常用力學參數(shù),并將這些參數(shù)與同尺寸一般箱梁的相關參數(shù)進行對比,得出波形鋼腹板箱梁對截面扭轉角及翹曲系數(shù)相當敏感,且在大跨徑長懸臂狀態(tài)下這些參數(shù)將更為突出。
　　5.波形鋼腹板箱梁的抗扭剛度低于一般箱形梁,在動荷載作用下扭轉振動將處于不利

5、的狀態(tài),利用能量變分原理來求解扭轉自由振動微分方程,對微分方程采用分離變量法求出扭轉自振頻率及振型參數(shù)。
　　6.參照實驗室內縮尺模型試驗梁的尺寸,建立ANSYS模型,進行網(wǎng)格劃分、邊界條件及外荷載的施加,提取截面頂?shù)装宓目v向應力位移云圖,鋼腹板的剪切應力云圖并與理論計算結果進行對比分析,探討該研究方法的可行性。通過提取波形鋼腹板箱梁自振頻率,并從中取出前三階扭轉自振頻率,理論計算結果和試驗結果表明:第一階扭轉頻率與理論值相差較近