波形钢腹板组合曲线箱梁畸变性能及试验研究

• 作 者: 韩国顺
• 出 处: 东南大学
• 发表日期: 2019年01期
• 关键词: 波形钢腹板 曲线箱梁 畸变 模型试验 腹板剪应力

波形钢腹板箱梁用波形钢板代替传统的混凝土腹板,其抗扭刚度有所降低,尤其对于曲线箱梁,在荷载作用下,由于曲率半径的关系,截面会产生附加扭矩,具有弯扭耦合效应,其畸变效应更加显著。现行波形钢腹板箱梁畸变理论中,大多对畸变正应力进行了分析,对畸变剪应力的研究很少。鉴于此,本文通过理论、试验及有限元对波形钢腹板的畸变性能进行研究,主要研究内容及成果如下:(1)明确了畸变理论和约束扭转理论的对应关系。根据波形钢腹板不产生纵向应力的特点,参考混凝土箱梁畸变理论建立了波形钢腹板曲线梁畸变微分方程,并利用单元应力平衡和畸变剪应力沿截面不形成扭矩条件推导出畸变剪应力计算公式,用傅立叶级数解的方法对畸变微分方程进行求解。此外,还根据箱梁的广义弯曲理论与畸变理论的相似性,建立了考虑剪切变形的畸变微分方程。将本文理论求解的截面正应力与剪应力与有限元进行对比,结果基本相吻合,本文理论对于波形钢腹板曲线箱梁的正应力与剪应力的计算是合理的,能基本反映截面应力的变化规律。(2)为研究波形钢腹板曲线箱梁的畸变性能,设计了波形钢腹板曲线梁的抗扭试验。试验测定内容为梁竖向位移、径向位移和腹板应变。将试验结果与有限元、理论计算结果进行对比。结果表明:腹板剪应力沿高度均匀分布,试验实测值与有限元值、理论值吻合良好,试验梁腹板剪应变实测结果沿纵向分布规律有限元及理论值结果一致,表明本文理论计算精度较高。(3)研究了截面剪切变形对畸变应力的影响,结果表明:考虑剪切变形时,畸变效应减弱(考虑剪切变形的畸变应力比不考虑剪切变形的畸变应力小10%左右);曲率半径越大,剪切变形对畸变应力的影响越小;腹板厚度越大,截面抗畸变性能越强;腹板厚度增大到一定程度时,腹板剪切变形较小,剪切变形对畸变效应的影响也减小。利用本文理论和有限元方法对波形钢腹板曲线梁的畸变效应进行了计算分析。分析结果表明:在本文算例中,腹板畸变剪应力与弯曲剪应力的比值达到了50%,畸变剪应力不可忽略;在荷载作用下,曲线梁内、外侧腹板承担剪应力一般不等,荷载作用在曲线梁外侧时内外侧腹板剪应力不均匀程度较小。曲率半径越小,内、外侧腹板剪应力不均匀程度越大。当波形钢腹板曲线梁桥曲率半径较大,即圆心角足够小时,为了计算方便,可以按直桥对腹板剪应力进行分析。