葵花箱型拱桥剪力滞效应研究

《葵花箱型拱桥剪力滞效应研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、葵花箱型拱桥剪力滞效应研究-->第一章绪论1.1拱桥的发展史拱桥的历史悠久，公元前1300年，希腊迈锡尼地区即出现有石拱桥雏形；仍在使用的罗马法布里西尤斯（Fabricius）桥，建造于公元前62年。中国古代的赵州桥是世界桥梁宝库中的精品。18世纪之前，由于建筑材料的局限，拱桥的建造大多为石拱桥[1]。18世纪后期开始，由于冶铁业的兴起，先后采用铸铁、锻铁工业修建了一些拱桥[2]。如1779年英国建造的柯尔布鲁德尔（Coalbrookdale）桥，是世界上首列采用工业技术建造的铸铁拱桥[3]~[5]。19世纪中期以来，随着科技的发展

2、、社会的进步、人类生活质量的提高以及各种新型材料不断涌现（代表性的如钢材、混凝土材料），人们对于陆地交通和运输的需求也更进一步，拱桥的建造技术也因而得到飞速的提升。20世纪中期前后，钢拱桥的发展主要在西方国家，如1917年美国建造的狱门大桥（HellGate）,其主跨为298m，采用上弦带方向曲线的桁架结构。建于1932年的澳洲悉尼海港大桥，全长1149m,为世界上第五长的拱桥，也是世界上最高的钢铁拱桥。在整个20世纪期间，由于中国当时的基本国情的限制，中国建成的大型钢结构拱桥数量有限。进入21世纪以来，中国的钢拱桥技术飞速发展，短

3、短10年时间，即建有重庆朝天门大桥（全长552m）、上海芦浦大桥（全长550m）、广州新光大桥（全长428m）等等代表性建筑。其中朝天门大桥为世界上主跨最大的钢拱桥[6]-[10]。相对于钢拱桥的迅猛发展，钢筋混凝土拱桥与钢管混凝土拱桥的发展趋势则相对平缓。第一座钢筋混凝土拱桥为建于19世纪初期的位于法国的苏亚克（Souillac）桥（主跨22m,1824年）。经过两个世纪的发展，目前国外跨度超过200m的钢筋混凝土拱桥共约有25座，其中，大部分主拱圈采用箱型截面形式[11]~[15]。箱型梁截面在桥梁结构中得到大量的运用，与其自身

4、优良的结构特性有密切的关系。箱型截面具有以下特点[16-19]：1、箱梁截面挖空率大。对于大跨径的拱式桥梁，箱型截面的使用在很大程度上减轻了结构的自重以及圬工体积。2、刚度大、稳定性好。由于箱型拱的受力特点，箱型截面箱梁单箱肋能成拱，可以采用无支架吊装，有利与减轻施工负担。3、箱型截面中性轴居中，能很好的平衡结构产生的正负弯矩，适应主拱圈附近各截面的弯矩变化。..........1.2剪力滞效应及其研究方法箱梁截面较高的截面挖空率一方面减轻了结构的自重，节省了工程材料，另一方面也影响了结构正应力的分布。薄壁箱梁在纵向弯曲时，薄壁箱梁

5、翼缘板的剪切变形使得翼缘板远离肋板处的纵向位移比肋板边缘处要滞后，从而使翼缘板的弯曲应力在横截面呈现曲线分布。这种由于腹板剪力流向翼缘板传递滞后而导致翼缘板正应力沿横向分布不均匀的现象，称为“剪力滞效应”。剪力滞效应可能带来灾难性事件。1969年11月-1971年11月期间，奥地利、英国等地相继发生的多起箱梁破坏事故，就是由于剪力滞效应引起的局部应力过大造成的[33]~[35]。可见，开展剪力滞效应的研究，加深对剪力滞效应的认识，对保证箱梁结构安全具有积极意义。近几十年来，国内外很多专家学者针对剪力滞效应的研究做了许多工作，提出了许

6、多新的理论与计算方法，并且在许多实际工程中得到应用，尤其是桥梁结构以及建造高层建筑。针对箱梁剪力滞效应的研究方法主要有卡曼理论、弹性理论解法、比拟杆法、能量变分法、数值分析法以及模型试验法几大类[36]~[45]。卡曼运用调谐函数的方法针对无限宽翼缘T型连续梁的应力分布及有效宽度进行了明确的定义。资料显示，卡曼为首位针对剪力滞问题进行研究分析的学者。他曾取一跨径为2L具有无限等间距支撑、承受余弦形荷载的连续梁为解析对象。再运用逆解法对应力函数进行求解分析，运用最小势能原理求解出各待定系数，进而推导箱型梁截面翼缘板有效宽度的表达式以及

7、应力分布图，称之为“卡曼理论”。卡曼理论的推导过程复杂，且其前提为箱梁截面翼缘板宽度无限大，适用条件局限性大，因而在实际工程中很少运用。..........第二章凤凰二桥主拱剪力滞效应分析2.1有限元法的基本思想有限元法（FiniteElementMethod,FEM），是计算力学中的一种重要方法，它是20世纪50年代末60年代初兴起的应用于应用数学、现代力学及计算机科学相互渗透、综合利用的边缘科学。对于以往用解析方法无法求解的问题、边界条件以及结构形状不规则的复杂问题，有限元方法则是一种有效的分析方法[46]~[50]。所谓有限元

8、法（FEA），其基本思想是把连续的结构离散成有限个单元，每个单元顶角处相互联接，这些联接点称为结点，从而将连续的结构看作仅在节点处相连接的一组单元的集合体，同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一单元中假设一个近似插值函数以表示