波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板组合箱梁受力性能研究

This item mainly adopts the method of combining theoretical analysis with model test and computer simulation to study the mechanical behaviors of box girder with corrugated steel webs, flat steel floor and concrete roof under complex loads, the calculation of the warping stress, torsion stress and the share proportion of shear webs with different kinds section of this type box girder. 1st, by using the variational method, we will deduce the governing differential equation of shear lag, shear deformation and restrained torsion. 2nd，by making the test model of box girder (simply supported and 2 spans) with corrugated steel webs，flat steel floor and concrete roof, we will analyze the test results to verify the theoretical results. 3rd, on the basis of theoretical analysis, we will deduce the element stiffness matrix and the equivalent node load of the composite box girder, and compile the finite-element-analysis program, then build it into the rod structure finite-element-analysis system. At last, we will analyze the mechanical performance of the composite box girder with different main parameters. By summing up and comparing the results of theoretical analysis, model test and finite element simulation, we will conclude the mechanical characteristics of box girder with corrugated steel webs, flat steel floor and concrete roof, which could provide a simple calculation method for bridge engineers.

本课题主要采用理论分析与模型试验及计算机仿真相结合的方法，研究波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板组合箱梁在复合受力作用下的力学行为及此类结构不同截面形式的弯曲应力、翘曲扭转应力、多室箱梁各腹板剪力分担比例的计算方法。首先利用能量变分原理建立组合箱梁剪力滞、剪切变形、约束扭转等效应的控制微分方程，进行静力理论分析。其次，通过制作简支、连续试验梁模型,进行理论与试验对比分析，验证理论结果的正确性。第三，在理论分析成果的基础上进一步推导波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板组合箱梁单元刚度矩阵及其等效结点荷载，编制有限元分析程序，将其纳入普遍采用的杆系结构有限元分析系统中。同时进行箱梁主要参数变化对其力学性能的影响分析。通过理论分析、模型试验及有限元数值分析三者的结合，得出波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板组合箱梁桥的力学性能，为桥梁工程师提供一种简便的计算方法。

本课题主要采用理论分析结合模型试验的方法，研究新型波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板组合箱梁静力和动力的力学性能，重点分析剪滞剪切变形效应、温度效应等不同条件对新型组合箱梁的应力、挠度及桥梁动力特性的影响。研究了新型波形钢腹板组合箱梁的扭转性能，分析了横隔板和加劲肋等不同因素对新型箱梁扭转性能的影响。对比研究了新型波形钢腹板组合箱梁与传统波形钢腹板组合箱梁的性能变化，着重研究了新型波形钢腹板组合箱梁的剪力滞效应，新型波形钢腹板组合箱梁翼板的有效分布宽度变化，提出相关规范修改的建议。初步研究了干寒地区新型波形钢腹板组合箱梁的温度场分布特征和温度效应，弥补现行规范中缺乏其温度梯度模式定义的不足，探析压型钢板对新型波形钢腹板组合箱梁温度应力的影响规律。.通过在实验室制作缩尺新型波形钢腹板组合箱梁模型进行模拟测试，运用有限元方法及高等桥梁结构设计理论研究新型波形钢腹板箱梁在弯矩和扭矩以及温度作用下的力学性能，分析一些相关参数对力学性能的影响，对比理论分析结论和试验测试结果。并研究新型波形钢腹板组合箱梁应力、挠度、弯曲振动频率和扭转振动频率的有效计算方法。本课题研究成果可为新型波形钢腹板组合箱梁桥的力学分析、设计以及应用和推广等提供必要的参考。