波形钢腹板PC组合箱梁腹板稳定性研究

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波形钢腹板组合箱梁桥是一种将混凝土与钢板有效结合起来的新桥型,因结构轻型美观、受力明确等长处,显得应用前景非常良好。限于目前国内研究应用较少,所以设计施工水平有待进一步的提高。在分析总结了前人相关研究成果和国内外各种施工设计相关规范的基础上,本文通过ANSYS分析计算和理论经验公式的分析,研究了波形钢腹板组合箱梁桥的腹板稳定性问题。主要完成工作如下:一、本文先回顾了波形钢腹板的发展和应用历程,并梳理了波形钢腹板的稳定性计算基础理论公式,分别从波形钢腹板局部屈曲强度计算、整体屈曲强度计算和合成屈曲强度计算三个方面进行阐述,总结了在线弹性情况和非线性情况下的经验计算公式,并用不同算例进行计算比较,得出各主要计算公式计算精度的差异。二、本文在理论公式计算的基础上,利用ANSYS建立波形钢腹板箱梁的空间模型,在线弹性情况下进行了特征值屈曲分析,模型尺寸参考兰州市雁白黄河大桥和其它已建桥梁尺寸,建立模型分析了波形钢腹板板厚、波高、波折角度、直板长度、腹板高度和横隔板间距变化对其屈曲模态和屈曲极限荷载的影响,并分析总结其规律,与理论值进行比较。三、本文在特征值屈曲分析的前提下,继续利用ANSYS非线性屈曲分析功能,计入波形钢腹板的初始几何缺陷、材料塑性、几何非线性和大变形效应等,用弧长法对波形钢腹板箱梁桥的腹板进行了全程屈曲响应分析。在非线弹性情况下对波形钢腹板的主要几何构造参数和横隔板间距变化对其屈曲模态和屈曲极限荷载的影响进行研究与分析,总结其变化规律,并对屈曲后性能也进行了分析研究和评价。四、对线弹性分析结果和非线性分析结果进行分析比较,并结合理论公式分析比较得出线弹性和非线性计算结果的差别。本文通过对波形钢腹板组合箱梁桥的腹板稳定性进行了线弹性和非线性分析研究,分析了不同几何构造尺寸时腹板屈曲后性能的差异,希望能为同类型桥梁的设计和施工提供一定的理论参考。
摘要第4-5页
Abstract第5-6页
1 绪论第9-16页
    1.1 概述第9-12页
        1.1.1 波形钢腹板 PC 组合箱梁桥的发展历程第9-11页
        1.1.2 波形钢腹板 PC 组合箱梁桥的主要结构特点第11-12页
    1.2 波形钢腹板 PC 组合箱梁腹板稳定性的研究现状第12-14页
        1.2.1 波形钢腹板稳定性的国内外研究现状第12-14页
        1.2.2 波形钢腹板稳定性研究存在的问题第14页
    1.3 本文研究内容第14-15页
    1.4 本章小结第15-16页
2 波形钢腹板稳定性研究的计算分析理论第16-30页
    2.1 稳定性分析的理论第17-19页
    2.2 结构稳定性与强度的关系第19-20页
    2.3 波形钢腹板剪切屈曲的形式第20页
    2.4 波形钢腹板的局部屈曲第20-24页
        2.4.1 弹性范围内局部屈曲强度计算公式第21-23页
        2.4.2 非线性范围内局部屈曲强度计算公式第23-24页
    2.5 波形钢腹板的整体屈曲第24-28页
        2.5.1 弹性范围内整体屈曲强度计算公式第25-28页
        2.5.2 非线性范围内整体屈曲强度计算公式第28页
    2.6 波形钢腹板的相关屈曲第28-29页
    2.7 本章小结第29-30页
3 波形钢腹板剪切屈曲的弹性有限元分析第30-54页
    3.1 稳定性问题的有限元法分析方法第30-34页
    3.2 基于 ANSYS 的结构稳定性分析方法第34-37页
        3.2.1 特征值稳定分析第34-35页
        3.2.2 非线性稳定分析第35-37页
    3.3 有限元模型的建立第37-38页
    3.4 波形钢腹板形状及板厚变化对屈曲极限荷载的影响第38-51页
        3.4.1 板厚变化第38-41页
        3.4.2 波高变化第41-43页
        3.4.3 斜板倾角变化第43-46页
        3.4.4 直板段长度变化第46-48页
        3.4.5 波形钢腹板高度的变化第48-51页
    3.5 横隔板间距对波形钢腹板屈曲极限荷载的影响第51-53页
    3.6 本章小结第53-54页
4 波形钢腹板剪切屈曲的非线性有限元分析第54-74页
    4.1 有限元模型及非线性求解方法第54-59页
        4.1.1 空间有限元模型第54-55页
        4.1.2 材料本构关系及材料相关参数第55页
        4.1.3 波形钢腹板的初始缺陷第55-56页
        4.1.4 非线性屈曲荷载的求解方法第56-59页
    4.2 波形钢腹板形状及板厚变化对屈曲极限荷载的影响第59-72页
        4.2.1 板厚变化第59-62页
        4.2.2 波高变化第62-64页
        4.2.3 斜板倾角变化第64-67页
        4.2.4 直板段长度变化第67-69页
        4.2.5 波形钢腹板高度的变化第69-72页
    4.3 横隔板间距变化对波形钢腹板屈曲极限荷载的影响第72-73页
    4.4 本章小结第73-74页
5 结论与展望第74-76页
    5.1 结论第74-75页
    5.2 展望第75-76页
致谢第76-77页
参考文献第77-80页
攻读学位期间的研究成果第80页
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