考虑多种力学、时变效应的曲线组合箱型梁梁单元的建立

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:jackwang02
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曲线钢-混凝土组合箱梁桥具有自重轻、跨越能力强、抗扭刚度大等优点,目前已逐渐广泛应用于城市公路立交桥和匝道桥的建设中。相较于直梁,曲线组合梁的受力存在明显的弯扭耦合现象,力学行为更为复杂。此外,在长期荷载的作用下,混凝土的收缩徐变将会使得曲线组合梁的长期性能更为复杂。采用三维精细有限元模型固然可以有效的分析曲线组合梁的受力行为,但其建模效率却远不如一维梁单元模型。本文首先在深入学习研究了已有梁单元模型的基础上提出了 2节点22自由度的曲线钢-混凝土组合梁梁单元模型,模型中的自由度分别包括曲梁径向位移、竖向位移、切向位移、扭转角、畸变角及钢与混凝土交界面的相对滑移等,该模型能有效的分析曲梁扭转翘曲、畸变翘曲及双向界面滑移等力学行为。之后结合Ansys精细有限元模型对比分析计算了 1个简支曲线钢-混凝土组合梁,从而验证的本文理论模型的正确性,并通过该理论模型简要分析讨论了曲线组合梁初曲率、横隔板数量及剪力连接件抗剪刚度等因素对曲线组合梁的影响。此后,为解决曲梁宽跨比过大所引起的大曲率效应及剪力滞效应,本文在上述所得梁单元模型的基础上引入了混凝土板及钢底板剪滞翘曲强度函数,并考虑了曲梁曲率沿梁宽方向的变化,给出了能有效考虑曲梁大曲率及剪力滞效应的2节点26自由度的曲线钢-混凝土组合梁梁单元模型,并结合Ansys精细有限元模型计算对比了1个大曲率曲线组合梁,从而验证了理论模型的正确性。之后采用该理论模型与前述未考虑大曲率效应的计算模型进行了分析对比,同时对曲梁剪力滞效应进行了简单的分析探讨。最后,为解决混凝土收缩徐变所引起的曲线组合梁长期性能问题,在对比研究了目前常用的计算混凝土收缩徐变的理论方法后,本文采用基于龄期调整的有效模量法,在所得大曲率梁模型的基础上给出了能有效考虑曲梁长期性能够的梁单元模型,并结合Ansys精细有限元模型进行了验证对比,之后通过该理论模型简要分析了曲线钢-混凝土组合梁的长期性能。
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