工字型组合梁荷载分配特性及横桥向稳定性研究

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工字型钢-混凝土组合梁桥应用混凝土和钢材两种材料,充分发挥混凝土的抗压特性与钢材的抗拉优势。但简化横梁构造的组合梁抗弯惯性矩与传统组合桥梁相比偏小,荷载分配作用需进一步明确;横联采用实腹式构造,惯性矩比传统的构造小,对其布置方法和横向稳定的贡献需进一步研究;为简化结构,取消了纵向联结系,风荷载作用下受力发生变化,需进一步明确。依据以上问题本文主要进行了以下几个方面的研究:
  (1)搜集了国内外近些年来有关简化横梁构造的组合梁受力性能研究现状,发现仅涉及部分稳定性的理论分析,而有关组合梁的荷载分配特性几乎没有研究。本文针对上述问题,依据有限元理论与换算格子刚度指导算式,给出了简化横梁构造组合梁的荷载分配特点。
  (2)为验证有关组合梁荷载分配特性研究的准确性,本文率先提出挠度和换算格子刚度相结合的评价方法。并以跨径20米、30米、40米,桥宽9米和12.75米的四跨连续组合梁为研究对象,通过结果的对比分析,证实了本文所提有关组合梁荷载分配特性评价方法的准确性。
  (3)通过更新的拉格朗日法、VonMises屈服准则和荷载增量法等有限元理论方法,并辅助有限元软件,对简化横梁构造的组合梁非组合阶段和成桥阶段的横桥向受力性能进行了研究,研究出了简化横梁构造组合梁的横桥向失稳模态及破坏形式。
  (4)有关组合梁非组合阶段的横桥向稳定研究中,提出了混凝土荷载的施加方法,通过跨径20米、跨径30米和跨径40米四跨组合梁的有限元结果分析,证实了所提方法的正确性。
  (5)提出的组合梁荷载分配特性评价方法及横桥向稳定分析模型新方法模拟理论,应用到青海省组合梁桥,从实际工程中分析验证该研究方法的完整性及可行性。
  经过本文研究,建议多片工字型断面组合梁设计中,不需考虑改变横梁细部尺寸构造来减小桥跨挠度。不论组合梁非组合阶段还是成桥后边跨支点及边跨跨中均是易破坏位置,为避免局部失稳影响整体稳定承载力,在设计过程中,应采取措施保证组合梁在丧失整体稳定承载力之前不会发生局部失稳。
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