12薄壁箱梁畸变理论要点.ppt

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薄壁箱梁的畸变理论 畸变荷载 用静力平衡法推导直腹板箱梁畸变微分方程 用能量变分法推导斜腹板箱梁的畸变微分方程 畸变微分方程的边界条件及其求解方法 小结 本章参考文献 本章参考文献 [1]郭金琼.箱形梁设计理论.北京:人民交通出版社.1991. [2]杜国华等.桥梁结构分析.上海:同济大学出版社,1997. [3]C.P.汉斯.薄壁杆中的弯曲与扭转.北京:人民交通出版社,1980. [4]张士铎.变高度梯形单室箱梁畸变计算.土木工程学报,Vol.20,No.4,1987. 但由于水平位移为 作用力是 则角点 的横向弯矩为 ——分别为单位长度上各板的惯性矩 因此,横向框架畸变应变能 式中: (b)畸变翘曲应变能 符拉索夫采用虚功原理分析薄壁多箱式直杆时,曾做了三个基本假定,它们是: (1)薄壁杆所属各板在横截面内的长度不变 (2)横截面内各板的法向位移沿该板的横向长度服从线性变化规律 (3)在横截面上各板的法向应力 与剪应力 沿板厚认为是常量 因为畸变应力在水平与竖向轴的力矩均为零,故翘曲应力也是自相平衡的,故有 设 ,则由下图知 即 两边悬臂长度之和 翘曲应力 、 已知 同理 ,即 整理后解得 在角点处,由于顶板与腹板,底板与腹板,存在翘曲应力。 , 的关系式可写成如下表达式,下图所示 为板块惯矩 如果各板块沿周向的变位为 , , , , 看作是板梁翘曲时在自身平面内的挠度,根据 初等梁的弯曲理论,则 将畸变角 用 方向的位移表示(图示) 翘曲应力引起的弯矩 经过整理后,则有 将上式求导,并将v1,v2,v3,v4式代入,整理后得到 则翘曲应变能为 已知 则 为 对于顶板① 对于底板② 对于腹板③ 令 ①+②+③ (c)荷载势能 (d)结构畸变总势能 当忽略剪切变形的应变能时,箱梁在畸变荷载作用下的总势能可由周边横向弯曲应变能 ,板平面内翘曲应变 能和荷载势能 三个部分组成,即 (2) 畸变微分方程 (a) 的极值条件 如果总势能的表达式为 根据欧拉—拉格朗日(Euler-Lagrange)条件式, 取得极值的必要条件为 很明显, 、 、 及 均为跨径方向 函数 (b)常截面控制微分方程 将上列诸式代入欧拉—拉格朗日条件式中得到 令 则有 如果引入畸变双力矩的概念,则 (c)变截面控制微分方程 同样利用欧拉—拉格朗日的条件式,不过 也是 的变量,则 故变截面畸变控制微分方程式为 对于如图所示的双室矩形箱梁,其畸变微分方程式亦为 双室矩形箱梁 畸变微分方程的边界条件及其求解方法 (1) 边界条件 在工程上,常用的边界条件有: ①支点为刚性固定支承,则 ②简支梁端部设置刚性横隔梁时,则 ③自由悬臂端且无隔梁时,则 (2) 求解建议 (1)常截面畸变应力可用弹性基础梁比拟法(简 称 )求解。 (2)变截面畸变应力也能用B.E.F比拟法求解。但是由于地基的弹簧是变的,会遇到求解的困难。用加权残值法的配点原理可获得近似解。 (3)根据不同边界条件,用加权残值法求解时, 建议如下: ①对刚性固定支座, 可取 ②对自由悬臂端且无横隔梁时,可取 ③对简支梁端部设置刚性横隔梁时,可取 事实上,为求得近似解,只取级数的前几项就能满足解答的要求,有时甚至取级数首项也能得到近似的答案。 现以刚性固定支座为例,取 将上列微分诸式代入变截面畸变控制微分方程中,则残余值

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