钢—混凝土组合箱梁受力性能及空间非线性分析-桥梁与隧道工程专业论文.docxVIP

摘要基于连续介质力学、薄壁结构力学理论和非线性有限元理论，本 摘要 基于连续介质力学、薄壁结构力学理论和非线性有限元理论，本 文对钢一混凝土组合箱梁主要受力性能进行全面系统的研究，建立相 应的有限元计算方法，编制有限元分析程序，进行组合箱梁的模型试 验，利用有限元程序研究不同设计参数对组合箱梁受力性能的影响， 建立不同设计参数承载力影响系数公式。主要的研究成果如下： (1)建立考虑组合箱梁滑移及滑移与剪切变形双重作用的挠度一 滑移理论分析方法。利用最小势能原理导出组合梁挠度和滑移联合微 分方程，求解得出考虑滑移和剪切效应时均布与集中荷载作用下的组 合箱梁挠度和界面滑移的解析表达式。该方法计算简单，物理意义明 确，使薄壁组合箱梁界面滑移、剪切变形效应分析方法纳入广泛使用 的矩阵位移法，为组合箱梁的有限元分析奠定基础。 (2)根据连续介质力学和组合箱梁力学行为的特点，建立考虑滑 移影响的空间非线性组合箱梁梁段有限元法。其基本思想为视组合箱 梁栓钉为连续介质，钢箱梁和混凝土板根据组合梁滑移位移模型分配 滑移位移；提出考虑滑移影响的组合箱梁空间位移计算模型；用最小 势能原理建立结构单元刚度矩阵和荷载列阵。 (3)利用考虑滑移影响的组合箱梁梁段有限元法，编制组合箱梁 空间非线性计算程序。计算结果表明，该单元计算可靠，容易操作且 网格划分灵活，适用于大跨度组合箱粱空间非线性计算分析。 (4)进行三榀典型组合箱梁模型试验，进行多工况弹性试验和两 点单调加载破坏试验。深入分析组合箱梁在不同荷载作用下的荷载效 应、分布规律和空间受力性能等受力规律；探讨组合箱梁典型破坏模 式；研究影响组合箱梁破坏的主要因素；验证本文挠度滑移变分解法 及空间非线性有限元分析理论和程序的可靠性。 (5)利用本文提出的考虑滑移影响的组合箱梁空间非线性计算程 序，对不同剪力连接程度、腹板高厚比、力比和初始不平度的组合箱 梁进行计算机仿真分析，得到不同设计参数对组合箱梁承载力、挠度、 滑移等力学特征的影响规律，提出相应的影响系数计算公式，对进一 步完善我国钢一混凝土组合结构设计规程具有重要的参考价值。 关键词：组合箱梁，有限元，滑移，挠度，变分法 ABSTRACTBased ABSTRACT Based on the mechanics of continuous media，mechanics of thin-walled structure and the theory of nonlinear finite element analysis， the overall service behavior of steel．concrete composite box beams are analyzed comprehensively．A new finite element for steel．concrete composite box beams and a theoretical computing meathod are set up． Three samples of composite box beam are tested．The influences by di低rent factors are researched and an expression for bearing capacity influence coefficient is set up．The main contents are listed as follows： (1)A variational method taking slip and dual effects of slip and shear deformation into consideration is presented．The associated differential equation of deformation and slip are deducted by the theory of minimum potential energy．ne expressions for deformation and slip of composite box beams are obtained。The method is simple and explicit in ph)rsical meaning and lays a foundation for finite element analysis，that the slip and shear deformation can be easily calculated by the matrix displacement method used wide