預應力作用引起的箱梁剪力滯效應研究.pdf

1、隨著現(xiàn)代化交通需求、橋梁設計理念的推動和箱形截面梁與預應力技術的結合，箱形截面梁更加趨向于薄壁、長懸臂的結構形式，預應力箱梁已經(jīng)成為橋梁建設的一種大趨勢。本論文在國家自然科學基金《PC箱梁考慮預應力作用效應的剪力滯行為研究（51208242）》資助下，針對預應力混凝土箱梁，通過理論研究并結合數(shù)值模擬，系統(tǒng)研究了預應力效應下箱梁的剪力滯效應理論分析中的關鍵問題。主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　（1）為了回答軸向力是否引起剪力滯效應，分

2、別針對無懸臂板和有懸臂板的單室箱梁，采用板殼有限元分析了軸向力分散于箱梁不同部位時的縱向應力，引入軸向力剪力滯系數(shù)概念，研究了不同工況下的簡支梁、懸臂梁和連續(xù)梁的軸向力剪力滯系數(shù)。結果表明，軸向力作用在箱梁時，梁體總體不會產(chǎn)生剪力滯效應，僅在靠近軸向力作用點部位存在局部應力集中區(qū)，其區(qū)域約為1倍梁寬的長度，其值與一般構件承受局部壓力時的應力非均勻傳遞長度相等。
　?。?）針對箱梁預應力束在梁端通常是偏心錨固，并非錨固在形心軸位置，

3、等效預應力作用包括作用在形心軸的軸壓力和梁端集中彎矩。本文將單箱雙室箱梁預應力束偏心錨固時的預應力等效荷載中軸向力和集中彎矩分開計算，對集中彎矩作用下的箱梁剪力滯效應計算時，提出了在集中彎矩作用下能夠反映箱梁各翼板間剪力滯翹曲位移差異的剪力滯翹曲位移模式，建立了集中彎矩作用下的箱梁剪力滯效應控制微分方程，得到解析解。系統(tǒng)的研究了集中彎矩作用部位不同時，箱梁的剪力滯分布規(guī)律。經(jīng)本文解析解與ANSYS有限元數(shù)值解的對比分析，得到的結果基本規(guī)

4、律和數(shù)值分析結果大小均基本相同，說明本文所取的翹曲位移函數(shù)是合理的，導出的控制微分方程和解析解計算公式是正確的，且計算精度較好。
　?。?）對僅在集中彎矩作用下的簡支單箱雙室箱剪力滯效應分析，在集中彎矩作用部位的左右兩側各l/4范圍內(nèi)較大，剪力滯系數(shù)在集中彎矩作用部位取得最大值，當在l/4跨部位作用集中彎矩時，集中彎矩作用部位附近頂板與腹板交界處考慮剪力滯效應后的應力達到了初等梁理論值的2.24倍，而其余部位較小。并且剪力系數(shù)在各

5、腹板之間存在差異，因此建議結構設計中有必要考慮到不同腹板間翼板應力差異。
　　（4）針對預應力束偏心錨固時的鋼束橫向布置方式不同，研究了不同剪力滯荷載效應模式對箱梁截面的剪力滯效應影響，采用ANSYS有限元軟件建立了簡支梁、懸臂梁和連續(xù)梁分別在三腹板平均布束、兩邊腹板布束和僅中腹板布束時，典型截面和沿跨度方向的剪力滯效應。結果表明，不同偏心布束不同時，箱梁剪力滯效應分布不同，且差異較大，綜合三種布束方式下典型截面頂、底板的剪力滯系

6、數(shù)分析，僅在中腹板布置預應力束時，截面頂?shù)装宓募袅禂?shù)變化較大，頂板剪力滯系數(shù)從中腹板附近的1.22變化到了翼緣邊緣附近的0.531，剪力滯效應明顯；在三個腹板均勻布束的情況下，截面的剪力滯效應相對差異較小。同時，不同布束方式對不同邊界條件下箱梁剪力滯效應影響不同，對連續(xù)梁影響最大，簡支梁次之，懸臂梁影響較小。
　　（5）針對超靜定箱梁結構預應力次內(nèi)力對箱梁剪力滯效應的影響進行了理論分析。理論上，在預應力錨固端部位因剪力滯效應引

7、起的附加彎矩值和預應力初彎矩值同號，且大小只與箱梁截面的幾何特性有關，在中支點處的附加彎矩同時與箱梁的截面幾何參數(shù)、寬跨比有關。結合相關算例的有限元分析結果，得出理論與數(shù)值分析結果相符。
　?。?）對于兩跨連續(xù)梁在實際預應力束線形布置設計時，一般是非吻合索布束方式。這些布束方式都會在梁內(nèi)產(chǎn)生次內(nèi)力，結合預應力混凝土兩跨連續(xù)箱梁中鋼束不同線形布置方式，采用ANSYS有限元軟件建立板殼模型，研究了直線布束、折線布束和拋物線布束時的箱梁