钢腹板梁的数值仿真分析-论文

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1、山东交通学院2013～2014学年第一学期研究生课程考试课程论文课程名称：有限元分析及应用课程编号：07121005课程属性：必修课论文题目:波形钢腹板箱梁的数值仿真分析研究生姓名:李才学号:13011011研究方向：港航、路桥与隧道工程年级:研交通131评语:成绩:评阅教师:评阅日期:波形钢腹板箱梁的数值仿真分析李才土木工程学院港航、路桥与隧道工程摘要：波形钢腹板梁是20世纪20年代出现的一种新型桥梁结构，由于有着突出的优点，它一出现就受到人们的关注。本文运用数字仿真软件Abaqus对一座实际桥梁进行仿真模拟试验，通过对试验结果的分析，得出波形钢腹板箱梁的受力特点和工作特性，证明该新型桥

2、梁的优点，为其设计和计算提供理论参考，为其利用有限元方法分析计算提供方法。关键词：波形钢腹板箱梁数值仿真预应力混凝土1波形钢腹板箱梁简介波形钢腹板梁是20世纪20年代出现的一种新型桥梁结构，由于波形钢腹板箱梁的有着突出优点，它一出现就受到人们的关注。波形钢腹板箱梁主要由混凝土顶底板波形钢腹板和体外预应力筋组成。法国在1986年法国建成了世界上第一座波形钢腹板组合箱梁桥。1988年，ACSI协会将波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁作为新型桥梁结构进行推广，立刻就得到各国桥梁工程师的广泛关注和应用。随着建成的波形钢腹板组合梁桥数量的不断增加，其施工技术也在不断完善成熟，从常见的满堂支架法、悬臂法施

3、工已逐步发展到支梁法、项推法、斜吊—顶推法等，桥梁结构形式也由常规的简支梁、连续梁、连续刚构发展到脊骨梁桥、矮塔斜拉桥、斜拉桥、拱桥及悬索桥等多种桥型。目前该结构的理论研究成果尚不能完全满足工程设计的需要，而且已有的研究表明波形钢腹板箱梁不满足平面假定，故我们需要用空间有限元软件Abaqus进行分析，以使该结构的优点得到更充分的利用。波形钢腹板箱梁相对于传统钢筋混凝土梁具有众多的优点，节省混凝土用量，减轻自重；由于钢板颜色鲜艳，增加了桥梁的美观性；体外预应力筋使得在预应力筋损坏时可以灵活更换。为推广该组合梁桥在我国的应用，为该组合桥梁的设计和计算提供理论参考和证明其结构优点，本文用空间有限

4、元计算软件Abaqus对一座实例桥梁进行建模并进行数值仿真分析。-12-图1波形刚腹板箱梁实例图1.1波形钢腹板梁的优点波形钢腹板组合箱梁有以下优点：1）波形钢腹板组合箱梁与一般的预应力砼箱梁相比，可以减轻腹板重量，从而减轻了主梁的重量，为改善受力，加大跨径提供了可能。2）波形钢腹板与平腹板相比，受力更加合理，更节省钢材。3）波形钢腹板具有较高的抗剪强度，避免了砼箱梁腹板容易出现斜裂缝的问题。4）抗震性能好，经济效益明显。由于上部结构自重的减轻，使得桥梁的抗震效果明显提高。5）结构受力合理，材料的利用率较高。结构受力时钢材承担剪力，混凝土顶底板承担弯矩，有效利用材料。由于波形钢腹板预应力组

5、合箱梁采用体外预应力承受活载，即使在长期运营后体外预应力筋出现磨损或断裂时，依然可以在夜间停止车辆通行后对其进行更换，以恢复承载力和进行结构加固。1.2波形钢腹板箱梁的计算理论1）纵向抗弯计算-12-波形钢腹板在轴向力的作用下，横向变形很大，表现出来的等效荷载模量很小。波形钢板在纵向的等效弹性模量和板厚、波纹有关，可由下式计算Ex=αEth2(1)式中Ex——等效轴向弹性模量E——钢材的弹性模量t——板厚α——波纹的形状系数2）波形钢腹板的应力计算波形钢腹板主要承受剪应力。在设计中可以偏保守的假定结构所有的剪力都由波形钢腹板承受，忽略混凝土顶板和底板对剪力的抵抗作用，从而计算出波形钢腹板所

6、需要的最小厚度。波形钢腹板不仅承受剪应力，同时也承受横向弯曲所引起的弯曲应力，因此必须对波形钢腹板的合成应力进行验算，公式为（σbσa)2+（τbτa)2≤γ(2)式中σb——拉应力σa——抗拉强度τb——剪应力τa——抗剪强度γ——安全系数，建议取值1.2。1.3波形钢腹板的屈曲稳定性计算3）波形钢腹板的屈曲破坏主要有三种模式（1）局部屈曲模式波形钢腹板某一个波段出现屈曲破坏现象，计算公式为τσ，L=Eπ2121-v2（tb)2K(3)式中τσ，L——局部屈曲强度E——钢材的弹性模量v——钢材的泊松比b——腹板的厚度t——波段长K——屈曲系数，有K=5.34+4.00（b/a)2a/b≥

7、1K=4.00+5.34（b/a)2a/b<1（2）整体屈曲模式指波形钢腹板整体出现屈曲破坏，计算公式为τσ，G=36β(EIy)1/4(EIx)3/4b2t(4)式中τσ，G——整体屈曲强度β——波形钢腹板两端的固定系数-12-E——钢材的弹性模量Iy——y轴的惯性矩Ix——x轴的惯性矩t——钢板的厚度b——腹板的高度(3)合成屈曲模式波形钢腹板同时出现局部屈曲和整体屈曲破坏现象，是介于局部屈曲和整体屈曲中间的屈曲模式