1. 研究目的与意义
波形钢腹板组合箱梁桥是近些年出现的新桥型,用波形钢板替代传统的混凝土腹板,不仅施工速度快,结构自重轻,还可以解决混凝土腹板斜裂缝问题。
波形钢板的屈曲强度决定了这种组合结构的安全性,因此有必要对波形钢板的屈曲进行分析研究。
跨径30m-60m的波形钢腹板组合桥梁宜采用等高截面,常用的波形钢板型号有1000型、1200型、1600型,《公路波形钢腹板组合桥梁技术规程》中建议,跨径不大于30m的组合桥梁宜采用1000型或1200型,跨径大于30m的,宜采用1600型。
2. 课题关键问题和重难点
波形钢腹板-混凝土组合箱梁采用波形钢腹板代替了混凝土箱梁的混凝土腹板,不仅减轻了桥梁上部结构的重量,而且改善了混凝土腹板易开裂的通病,提高了桥梁的跨越能力。波形钢腹板的剪切屈曲模式主要包括局部剪切屈曲模式、整体剪切屈曲模式和合成剪切屈曲模式。
自Easley和McFarLand 最早于1969年开始研究波形钢腹板的剪切屈曲行为以来,弹性局部剪切屈曲强度和弹性整体剪切屈曲强度已经有明确的计算公式 ,尽管模态相吻合,但这两个理论解与实际的弹性剪切屈曲强度尚存在一定偏差。对于波形钢腹板的弹性合成剪切屈曲强度,Bergfelt 、Abbas 、Hiroshi 等都提出了相应的计算公式,日本学者依据将弹性合成剪切屈曲强度近似为弹性局部或整体剪切屈曲强度的思路,也建议了相应的计算公式。然而依据上述公式计算的结果都与实际数值计算结果存在较大偏差,综上,现有的屈曲强度建议计算式存在局限性,不能满足波板形状多样化设计和优化设计的需要,屈曲强度的计算方法有待改进和提升。
关键问题1:规范标准给出的剪切屈曲强度的计算公式的适用范围。
3. 国内外研究现状(文献综述)
波形钢腹板组合箱梁桥是近些年出现的新桥型,用波形钢板替代传统的混凝土腹板,不仅施工速度快,结构自重轻,还可以解决混凝土腹板斜裂缝问题。波形钢板的屈曲强度决定了这种组合结构的安全性,因此有必要对波形钢板的屈曲进行分析研究。
“变截面波形钢腹板弹性整体屈曲计算及几何参数分析”文中指出:所推导的波形钢腹板弹性剪切屈曲强度的计算公式的计算结果与有限元的计算结果吻合良好。对于大跨度的变截面波形钢腹板-混凝土组合梁桥连续梁桥或连续刚构桥,建议采用1600型的波形钢腹板。对于腹板厚度在16~24mm之间的1600型变截面波形钢腹板,其抗屈曲性能较高,在实际桥梁设计中,可优先选用此范围的板厚。对于高度较大的变截面波形钢腹板,应对主墩高腹区腹板加强以防止发生屈曲破坏。
“波形钢腹板的弹性剪切屈曲强度”文中指出:波形钢腹板的剪切屈曲模式主要包括局部剪切屈曲模式、整体剪切屈曲模式和合成剪切屈曲模式。弹性局部剪切屈曲强度和弹性整体剪切屈曲强度虽然已经有明确的计算公式,但与实际数值结果相比尚存一定偏差,而对于实际桥梁中可能发生的合成剪切屈曲模式则无准确的计算方法。通过大量数值计算和参数分析,建议了波形钢腹板弹性剪切屈曲强度的计算公式,公式精度较高。
4. 研究方案
波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥是采用波纹钢腹板代替传统的混凝土腹板,即2片波纹钢腹 板垂直或倾斜放置,与顶板和底板相连,并在箱内设置体外预应力束的一种新型组合结构桥梁。这种组合结构桥梁恰当地将钢与混凝土结合起来,提高了材料的使用效率,避免了采用平钢腹板箱梁桥中的加劲肋,减轻了结构的自重,降低了桥梁建造成本,并且外形美观、抗震性能好。波形钢板的屈曲强度决定了这种组合结构的安全性,因此有必要对波形钢板的屈曲进行分析研究。
波形钢腹板的剪切屈曲模式主要包括局部剪切屈曲模式、整体剪切屈曲模式和合成剪切屈曲模式。局部剪切屈曲模式表现为屈曲仅发生在波形钢腹板的某个子板上;整体剪切屈曲模式表现为屈曲跨越各子板,覆盖整个板面,波形钢腹板犹如一块整板;局部剪切屈曲和整体剪切屈曲属两种截然不同的理想情况,实际可能发生的合成剪切屈曲模式介于局部和整体两者之间,虽然也有几个子板参与,但剪切屈曲只发生在腹板一定高度范围内。
1文献研究法:通过图书馆丶互联网丶电子资源数据库等途径查阅大量文献与相关资料,了解波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥的结构构造特点,阐明波形钢腹板箱梁桥相比于传统的混凝土腹板桥所具有的优点,提出本文的研究意义。理清波形钢腹板的发展脉络及国内外研究现状,学习波形钢腹板的屈曲理论知识,获取国内外对波形钢腹板等相关研究信息,为设计等高度波形钢腹板屈曲理论计算及几何参数分析提供思路和参考。
5. 工作计划
(1)22-23-1学期第14周-第17周:完成英文翻译,并给老师批阅。
(2)22-23-1学期第18周-第20周:完成开题报告,并给老师批阅。
(3) 寒假假期:熟悉相关规范,学习有限元软件。
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