波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土組合箱梁畢業(yè)論文-在線瀏覽
2024-08-08 10:27本頁面
【正文】 二教授從相應(yīng)的有限元分析數(shù)據(jù)出發(fā)，得到了波紋鋼腹板PC組合箱梁橋的抗扭剛度計算理論公式。2002年，日本的加藤久人教授對梁彎曲理論進行了改進，在考慮到剪切變形的基礎(chǔ)下得到了組合箱梁的撓度方程。此外，日本眾多學(xué)者還在波紋鋼腹板PC箱梁的動力性能方面有很大的建樹。而且，國外許多學(xué)者和科研機構(gòu)對波紋鋼腹板箱梁橋的分析深度正在加深，己經(jīng)從單一的靜力分析上升到動力分析、疲勞性能研究以及綜合分析上?？傊?，波紋鋼腹板PC組合箱梁橋在歐美國家的計算設(shè)計理論與施工方法經(jīng)驗已經(jīng)十分成熟。當(dāng)波紋鋼腹板受到軸向力作用時，由于薄鋼腹板的褶皺效應(yīng)，使鋼腹板在軸向產(chǎn)生很大的變形，因而使鋼腹板的軸向有效彈性模量大大降低。對波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋常用的梯型波紋鋼板，值的推導(dǎo)如下：取一個波長的鋼腹板作為研究對象（），在軸向力作用下，鋼腹板各段所受的彎矩為： 在軸向力作用下波紋鋼腹板變形計算圖示段： ， （）段： ， （）段： ， （）軸向變形為： （）式中：，為鋼板橫截面積；其他符號同式（）。由以上推導(dǎo)可知，通常波紋鋼腹板軸向有效彈性模量為鋼板的彈性模量的幾百分之一甚至幾千分之一，可見波紋鋼腹板的軸向剛度非常小，設(shè)計上可以認(rèn)為腹板不承受軸向力。表2—1 簡支和連續(xù)單箱單室波形鋼腹板組合箱梁頂板有效寬度比的計算經(jīng)驗公式結(jié)構(gòu)形式及截面位置荷載類型有效寬度比簡支梁跨中截面集中荷載=均布荷載=連續(xù)梁跨中截面集中荷載=均布荷載=連續(xù)梁內(nèi)支點截面集中荷載=均布荷載= 平截面假定的理論論證平截面假定在鋼筋混凝土構(gòu)件的彎曲應(yīng)力計算中得到了廣泛的應(yīng)用。但是對于波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁而言，由于波紋鋼腹板縱向受力時有效彈性模型極小，可以忽略波紋鋼腹板對抗彎的貢獻，只考慮混凝土頂?shù)装宓目箯澴饔茫虼嗽谶M行波紋鋼腹板預(yù)應(yīng)力箱梁的彎曲應(yīng)力計算時，平截面假定是否成立是值得研究的問題。根據(jù)模型實驗、有限元分析的結(jié)果可知，由于波紋鋼腹板的軸向變形特性使其在受彎時縱向正應(yīng)力及相應(yīng)的正應(yīng)變很小，可忽略其對箱梁的抗彎能力的貢獻，即箱梁受彎時不計波紋鋼腹板的作用，在此前提下波紋鋼腹板組合箱梁的上、下翼緣板縱向正應(yīng)變假設(shè)符合線性分布規(guī)律（），稱之為波紋鋼腹板組合箱梁的彎曲“擬平截面假定”。 波紋鋼腹板組合箱梁彎曲“擬平截面假定”示意圖我國東南大學(xué)(2001年)以日本新開橋為工程背景按1：12的比例進行了縮尺模型實驗。因此該組合箱梁截面變形不符合“平截面假定”，不同于一般的鋼－混凝土組合梁的受力性質(zhì)。在進行“擬平截面假定”的理論求證之前，現(xiàn)提出如下基本假設(shè)：(1)忽略鋼腹板與混凝土板之間的滑移效應(yīng)，假設(shè)在交界處兩種材料的變形是協(xié)調(diào)的；(2)忽略波紋鋼腹板的豎向壓縮變形，假設(shè)混凝土板與波紋鋼腹板的撓度變形是一致的，具有相同的變形曲率。 組合梁截面變形模式示意圖 組合梁截面尺寸示意圖，設(shè)截面總慣性矩為，設(shè)上、下翼板對自身中性軸的慣性矩分布為、對應(yīng)的轉(zhuǎn)動彎矩分別為；由上、下翼板的薄膜軸向力組成的轉(zhuǎn)動彎矩為，對應(yīng)的轉(zhuǎn)動慣性矩： （）則及同時，根據(jù)和的大小按正比例分配總彎矩，即有 ()設(shè)上、下翼板縱向位移： ()式中，對上式求導(dǎo)，即得相應(yīng)的縱向應(yīng)變： ()箱梁彎曲應(yīng)變能為： 由于故外力勢能為：總勢能為： ()則由變分求得如下的控制微分方程： 即 ()把式（）代入（），即得 ()根據(jù)式（）、式（）即可求得箱梁橫截面翼板的縱向正應(yīng)力和正應(yīng)變?nèi)缦拢荷弦戆澹? 下翼板： 即翼板應(yīng)變、應(yīng)力計算的一般公式： 由上述公式的推導(dǎo)過程可知，上、下翼板的縱向應(yīng)變隨高度的變化呈線性分布規(guī)律，說明在假定條件下彎曲截面變形還是符合“擬平截面假定”的，由此可以推斷：只要求得梁的截面總慣性矩，就可以按照材料力學(xué)中正應(yīng)力計算公式進行截面高度任意點正應(yīng)力計算。（1）基本假設(shè)A梁體受彎變形后，其截面應(yīng)變符合平截面假定；B梁內(nèi)普通鋼筋與混凝土粘結(jié)良好，應(yīng)變與周圍混凝土應(yīng)變相同，且不發(fā)生粘結(jié)破壞；C 梁體開裂后，拉區(qū)混凝土退出工作，不計拉區(qū)未開裂混凝土的加勁作用；D體外預(yù)應(yīng)力初始應(yīng)力是扣除混凝土收縮徐變、鋼筋松弛等影響后有效預(yù)應(yīng)力值；E分析中各種材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系是已知的或假定的。如果能求得體外預(yù)應(yīng)力鋼筋在外荷載作用下的伸長量，即可根據(jù)下式計算其應(yīng)力增量： ()式中：－有效預(yù)加力；－預(yù)應(yīng)力鋼筋彈性模量。而體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的伸長量與梁體變位有關(guān)，可以通過幾個關(guān)鍵點(錨固點和轉(zhuǎn)向點)的變位來求解體外預(yù)應(yīng)力筋的伸長量。預(yù)應(yīng)力鋼筋的伸長量和應(yīng)變?yōu)椋? （a） 直線筋無轉(zhuǎn)向 （b） 直線筋單轉(zhuǎn)向（c） 直線筋雙轉(zhuǎn) （d） 斜線筋單轉(zhuǎn)向（e）斜線筋雙轉(zhuǎn)向 轉(zhuǎn)向裝置的幾種形式(1) 直線筋無轉(zhuǎn)向裝置： ()(2)直線筋單轉(zhuǎn)向裝置： ()(3) 直線筋雙轉(zhuǎn)向裝置： ()(4) 斜線筋單轉(zhuǎn)向裝置：()(5) 斜線筋雙轉(zhuǎn)向裝置： ()公式()～() 中梁關(guān)鍵點變位的求解，可參見公式()～()。另外由截面變形參數(shù)和可求得截面形心軸處混凝土得應(yīng)變由此得到各點的軸向變形為： （）點的轉(zhuǎn)角為： （）點的豎向變形為： （）由于截面的變形參數(shù)和沿梁長是變化的，無法用解析式表示，因此，在進行積分求各點變形時，需將梁沿長度方向劃分成許多小塊，然后采用分段求和方法計算。在承載能力極限狀態(tài)下，與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼筋相比，體外預(yù)應(yīng)力鋼筋的實際偏心、極限應(yīng)力一般是較小的。（1）體內(nèi)無粘結(jié)力鋼筋極限應(yīng)力計算由于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋在張拉后允許對周圍混凝土發(fā)生縱向相對滑動，故在承載能力計算中，無粘結(jié)力鋼筋的強度取值需要采用與有粘結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁不同的計算方式。國內(nèi)外學(xué)者多通過試驗建立經(jīng)驗公式或半理論的經(jīng)驗公式來進行計算。式中，為無粘結(jié)鋼筋應(yīng)變增量；為有粘結(jié)鋼筋應(yīng)變增量；為在等高度處混凝土應(yīng)變增量。在線性分析中，結(jié)構(gòu)的極限承載力以材料是否達到強度極限為判定標(biāo)準(zhǔn)。A忽略波紋鋼腹板對抗彎承載能力的貢獻；B混凝土頂?shù)装迮c鋼腹板完全共同工作，不發(fā)生相對滑移或剪切連接破壞；C混凝土開裂后拉區(qū)混凝土退出工作；D截面
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