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双箱单室波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥的扭转特性分析双箱单室波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥的扭转特性分析随着社会经济的发展，人们对于桥梁的要求也越来越高。
作为交通运输的重要组成部分，桥梁的安全性和质量至关重要。
在设计和建造桥梁时，准确分析桥梁的扭转特性是确保桥梁稳定性的关键。
本文将对双箱单室波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥的扭转特性进行分析。
首先，我们来详细介绍一下双箱单室波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥的结构形式。
该桥梁采用双箱单室结构，每个箱体内部为单室结构，并且采用波形腹板设计。
波形腹板的设计有很多优点，比如可以提高桥梁的自重、抗侧倾刚度以及整体刚度，减小桥梁的挠度等。
此外，钢箱-混凝土组合梁的结构形式充分发挥了钢材和混凝土的优点，使桥梁具有较好的整体性能。
接下来，我们开始对该桥梁的扭转特性进行分析。
扭转是指在双箱单室波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥受到外力作用时，桥梁产生的旋转变形。
扭转会导致桥梁变形甚至破坏，因此对于该特性的分析是非常重要的。
首先，我们可以通过有限元分析对桥梁的扭转特性进行模拟。
有限元分析是一种常用的结构分析方法，可以很好地模拟和预测结构的响应。
通过建立该桥梁的有限元模型，并施加扭矩荷载，可以得到桥梁的扭转响应和变形情况。
其次，我们可以通过理论计算方法对桥梁的扭转特性进行分析。
我们可以使用梁理论中的截面扭转常数和截面抵抗矩来计算桥梁的扭转刚度。
同时，我们还可以通过应变能法来计算桥梁的扭转刚度和扭转角。
最后，我们还可以进行现场实验来验证桥梁的扭转特性。
通过在实际桥梁上施加扭矩荷载，并通过测量得到桥梁的变形和响应情况，可以验证理论计算和有限元模拟的准确性。
通过对双箱单室波形腹板钢箱-混凝土组合梁桥的扭转特性进行分析，可以帮助我们更好地理解桥梁的结构行为。
同时，在设计和施工阶段，也可以通过这些分析结果来优化桥梁的结构，提升桥梁的安全性和稳定性。
总之，在现代桥梁设计和建造中，对桥梁的扭转特性进行准确的分析非常重要。
波形钢腹板钢-混组合箱梁桥的腹板屈曲分析及研究波形钢腹板钢-混组合箱梁桥的腹板屈曲分析及研究摘要：近年来，波形钢腹板钢-混组合梁在桥梁工程中得到广泛应用。
钢-混组合箱梁桥极大地提高了桥梁的承载能力和安全性，但其腹板的屈曲问题一直是工程设计中的难题。
本文以波形钢腹板钢-混组合箱梁桥为研究对象，通过理论分析与计算模拟，对其腹板的屈曲性能进行了详细研究，为工程设计提供了参考和借鉴。
1. 引言波形钢腹板的优越性能使其成为了钢-混组合箱梁桥设计中的常用材料。
然而，由于受到一系列复杂的内外力作用，波形钢腹板存在着屈曲问题。
在桥梁设计中，准确预测和分析腹板的屈曲性能对于保证桥梁的工作性能和安全性至关重要。
2. 波形钢腹板的屈曲分析2.1 波形钢腹板的力学特性波形钢腹板作为桥梁上的主要承载构件，其力学特性对桥梁整体的稳定性和承载能力有重要影响。
波形钢腹板一般可视为具有单腹板封闭剖面的圆弧形箱梁，其屈曲性能受到材料特性、截面形状和边界条件等因素的影响。
2.2 腹板的屈曲理论分析对波形钢腹板的屈曲性能进行理论分析，需要考虑其受到的外部荷载和内部约束等因素。
在估计腹板的屈曲荷载时，主要采用了欧拉理论和杆件剪切变形理论。
3. 波形钢腹板的屈曲计算模拟3.1 模型构建与参数设置为了更准确地预测波形钢腹板的屈曲性能，本文采用有限元方法构建腹板的数值模型，并根据实际工程参数设置模拟条件。
3.2 结果与讨论根据屈曲计算模拟结果，通过对波形钢腹板受力分析和屈曲变形的研究，可以得出桥梁荷载对腹板屈曲性能的影响规律。
并通过对比不同参数和加载条件下的模拟结果，发现腹板的屈曲性能与钢板的高度、材料特性、截面形状等因素密切相关。
4. 屈曲控制措施研究为了改善波形钢腹板的屈曲性能，针对其腹板存在的问题，本文提出了一些有效的控制措施，如增加腹板的刚度和加强边界约束等方法，以提高波形钢腹板的整体稳定性和承载能力。
5. 结论通过对波形钢腹板钢-混组合箱梁桥的腹板屈曲性能进行分析与研究，本文对于工程设计提供了一定的参考和借鉴。
湖南大学硕士学位论文波形钢腹板组合箱梁抗剪及抗弯分析姓名：刘志才申请学位级别：硕士专业：桥梁与隧道工程指导教师：李立峰20070516波形钢腹板组合箱梁抗剪及抗弯分析摘 要体外预应力波形钢腹板组合箱梁是一种新型的钢—混凝土组合结构，在日本和法国得到了广泛应用。
与传统的预应力混凝土箱梁相比，该结构具有自重轻、受力明确、跨越能力大、施工周期短、造型美观等突出优点；与平钢腹板组合箱梁相比，该结构不需要设置纵向加劲肋来防止腹板屈曲，且提高了预应力的加载效率。
本文针对这种结构的弯曲受力性能，包括抗剪和抗弯两个方面进行了理论分析和试验研究。
主要做了以下工作：（1）推导了波形钢腹板沿桥纵向刚度的计算公式，由此说明波形钢腹板对截面轴向刚度和抗弯刚度的贡献可以忽略。
（2）两根梁的静载试验表明，波形钢腹板组合箱梁的弯曲正应变分布符合“拟平截面假定”：波形腹板正应变为零，混凝土顶底板正应变则符合线性分布规律；偏安全地可以认为波形腹板承担了截面上全部的剪力，剪应力沿梁高均匀分布。
同时分别基于弹性和塑性分析，定性地说明了波形钢腹板组合箱梁在抗弯方面的优越性。
（3）采用小挠度线性理论，将局部屈曲和整体屈曲板件分别比拟成四边受剪的矩形板和正交异性板，推导了各自的临界剪应力计算公式。
参照美国Hamilton教授的42个波形钢腹板试件的模型试验情况和试验结果，并对其进行了空间有限元分析，分析中考虑了材料几何双重非线性的影响，对初始缺陷的取值方法及其对屈曲荷载的影响、屈曲全过程也进行了详细研究。
根据试验结果和有限元分析值，提出了局部屈曲和整体屈曲的理论计算公式。
（4）基于截面的N－M－φ关系编制了波形钢腹板组合箱梁的受弯承载能力全过程分析程序，并进行了一根梁的弯曲破坏试验，程序计算值与试验结果吻合良好。
（5）采用受弯承载力全过程分析程序进行了大量的参数分析，包括体外索的二次效应、有无跨中横隔板、跨高比及受拉区普通钢筋数量对结构极限承载力的影响；并将程序计算值与以往部分实桥及预应力混凝土桥梁采用的设计公式相对比，对体外预应力波形钢腹板组合箱梁正截面抗弯承载力的计算方法提出了建议。
0引言波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥是近年被提出的一种新型钢-混凝土组合结构桥梁［1］。
在传统的钢-混凝土组合桥梁中，波纹钢腹板可以代替扁平钢腹板。
与扁平钢腹板相比，波纹钢腹板具有更高的平面外刚度，并且不需要设置加劲肋，不仅可以减轻桥梁的重量，还具有较高的抗屈曲性、良好的桥面铺装性能等优点。
同时，波纹钢腹板轴向压缩刚度几乎为零，可以显著提高施工效率。
波纹钢腹板与预应力混凝土梁桥之间的连接部位是波纹钢腹板组合桥的关键传力部位，其结构直接关系到桥梁的承载能力［2］。
连接处通过剪力连接器实现钢腹板与预应力混凝土梁桥的有效连接，连接器主要抵抗水平剪力和垂直拔力。
目前，常用的连接件包括开孔板连接件（PBL ）、螺栓连接件和嵌入式剪力连接件［3］。
近年来的桥梁建设工程中，波纹钢腹板组合箱梁桥通常采用较大的腹板间距，由于波纹钢腹板的平面外弯曲刚度较大，对预应力混凝土梁桥的连接部位产生严重约束，连接部位在荷载作用下会产生较大的横向转角弯矩，因此连接部位必须具有足够的横向弯曲承载力和弯曲刚度。
目前，对波纹钢腹板与混凝土梁桥连接处在横向弯矩作用下的弯曲性能的研究不够丰富，并且近年来桥梁的车辆超载和重型车辆增多等问题日益严重。
在重型车辆偏心载荷等非对称载荷的反复作用下［4］，波纹钢腹板与混凝土梁桥连接处通常会表现出严重的疲劳损伤。
因此，研究波纹钢腹板与混凝土梁桥连接处的静力和疲劳性能具有重要的意义和实用价值。
本文结合实际工程案例，设计了4组共8个1∶1的全尺寸波纹钢腹板和混凝土梁桥连接试件，包括开孔板连接试件、螺栓连接件和嵌入型剪切连接件，并探讨3种不同类型连接试件的横向弯曲静态和疲劳性能，此外分析了横向预应力对双开孔板连接试件横向弯曲静态和疲劳性能的影响，为进一步的工程应用提供参考依据。
1试验材料与方法1.1试样设计对于波纹钢腹板的箱梁桥，由于腹板的平面弯曲刚度大于普通平板，因此在预应力混凝土梁桥与腹板的连接位置存在较大的横向转角弯矩。
波形钢腹板组合箱梁的性能研究
摘要：波形钢腹板组合梁是一种新型的钢—混凝土组合结构，由于它充分利用了混凝土和钢的材料特点，具有良好的受力性能，并且减轻了结构的自重，因而得到了越来越广泛的应用。
本文阐述了波形钢腹板箱梁的结构特点、受力性能、结构计算、结构验算的研究成果，为同类型桥梁的设计提供了设计依据。
关键词：波形钢腹板;组合箱梁
在中大跨径桥梁中，预应力混凝土箱形截面由于其抗弯和抗扭刚度大，结构稳定，因而得到了广泛的应用。
但随着跨径的增大，梁的自重占整个荷载的比重也越来越高，施加的预应力大部分都是为抵抗自重所产生的内力，因此，减轻梁的自重也显得越来越有实际意义。
箱形截面的顶板、底板是根据抗弯要求设计的，优化其厚度的余地很小。
对混凝土腹板来说，腹板中要布置纵向预应力钢束、普通钢筋，再考虑到施工方面的影响，其厚度所占的重量可达整个截面重量的30%~40%，且减少的幅度已经很少。
对箱梁来说，可能优化的部分就是腹板。
随着体外预应力技术的日趋成熟，法国提出了用平面钢板代替混凝土腹板，通过箱形截面内的体外预应力索对梁施加预应力。
其中法国的Fert’e-Saint-Aubin 桥是这种结构形式的典型代表（如图1）。
但是因为钢板与混凝土的弹模差别很多，混凝土收缩和徐变产生的变形收到钢板的约束，钢腹板与混凝土翼板之间会发生应力重分布现象，从而造成混凝土顶板和底板的预应力严重损失。
同时，由于钢腹板承受的较大的预应力，这就要求在钢腹板上增设加劲板或增大钢板厚度或缩小加劲板的间距以防止失稳，这将会增加结构的造价，也就显示不出结构的优越性。
图1平钢腹板典型截面
后来，法国桥梁工程界用波形钢腹板代替混凝土腹板，见图2。
由于几毫米厚的钢板就能承担数十厘米厚混凝土所能抵抗的剪力，而钢板重量亦仅为混凝土板的1/20左右，这样就能有效地减轻结构的重量，从而实现了桥梁的轻量化，使其具有更大的跨越能力。
图2波形钢腹板PC组合梁结构示意图
1、波形钢腹板箱梁的优缺点
1）波形钢腹板箱梁与预应力混凝土箱梁相比的优点:
①自重降低，抗震性能好。
腹板采用较轻的波形钢板，其桥梁自重与一般的预应力混凝土箱梁桥相比大为减轻，地震激励作用效果显著降低，抗震性能获得一定的提高。
②节约建筑材料，改善经济指标。
采用波形钢腹板代替厚重的混凝土腹板，大幅度减轻子七部结构的自重，增大了桥梁的跨径并使下部结构的工程量获得减少，从而降低了工程总造价。
③改善结构性能，提高预应力效率。
波形钢腹板的纵向刚度较小，几乎不抵抗轴向力的作用，因而在施加预应力时不受抵抗，纵向预应力束可以集中加载于上、下翼缘板，从而有效地提高预应力效率。
④各种材料各尽所能，充分发挥其效率。
在波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥中，混凝土用来抗弯，而波形钢腹板用来抗剪，几乎所有的弯矩与剪力分别由上、下混凝土翼缘板和波形钢腹板承担，而且其腹板内的应力分布近似为均布图形，而非传统意义上的三角形，有利于材料发挥作用。
⑤增加了截面回转半径，提高了结构效率。
波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥中的混凝土均集中在上下翼缘处，回转半径几乎增加到最大值，大大地提高了截面的结构效率。
⑥减少现场作业，加快施工进程。
波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥在施工过程中，可以减少大量的模板、支架和混凝土浇注工作，免除在混凝土腹板内预埋管道的繁杂工艺，而且波形钢腹板可以工厂化生产，现场拼装施工，从而加快了施工进程。
⑦减少了节段数量，缩短了工期。
由于梁体自重的减轻，悬臂施工时，可减少节段数量，如在采用混凝土腹板箱梁时，本谷桥需要39个节段，而采用波形钢腹板后，只需要31个节段，节段数减少了20%，因而可以大大地加快施工速度，缩短工期。
⑧体外预应力钢束可以替换，便于桥梁的维修和补强。
波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥采用体外预应力，因而即使在长期运营后，体外预应力索出现磨损或断裂时，也可以在夜间停止车辆通行后对其进行更换。
⑨避免了腹板开裂问题，耐久性能好。
传统的预应力混凝土箱梁桥受外力荷载以及混凝土收缩、徐变的影响，常常在腹板出现裂缝，造成了混凝土截面削弱、钢筋腐蚀乃至于要进行维修补强等一系列问题，而波形钢腹板预应力混凝土箱梁桥则不会出现上述问题，耐久性能较好。
⑩造型美观。
2）波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥的不足之处:
①波形钢腹板较高的制作成本和防腐涂装是其主要缺点，但随着制作工艺和防腐涂层技术的提高，这一问题也正逐步地得到解决。
②相对于普通的预应力混凝土箱梁来说，波形钢腹板箱梁断面的抗扭刚度和抗畸变形刚度有所降低。
③波形钢腹板的屈曲破坏较突然，且在屈曲后阶段，其承载能力大约下降到相当于平钢腹板的水平。
④当波形钢腹板之间采用焊接连接时，其竖向边缘焊接数量比平钢板腹板稍有增多。
⑤波形钢腹板有较多的拐角，容易滞留泥沙等杂质，比平钢板腹板易受腐蚀。
2波形钢腹板箱梁的结构计算
1）弯曲及轴向刚度
当波形钢腹板受到轴向力作用时，由于薄钢腹板的褶皱效应，使钢腹板在轴向产生很大的变形，因而使钢腹板的轴向有效弹性模量大大降低。
一般情况下，波形钢腹板的轴向有效弹性模量与波高和板厚以及波形形状等有关系，可用下式来表达
式中：Ex——波形钢腹板的轴向有效弹性模量；
Eo——钢板的弹性模量；
h——波形高度；
t——钢板厚度；
α——波形形状系数，见表1。
表1各种波纹的形状系数
类型波纹形状波纹形状系数α
A
B
C
D
2）剪切刚度
国内外试验均表明，波形钢腹板组合箱梁的剪应力分布与混凝土腹板中的情况不同，沿腹板高基本呈等值分布，钢腹板中的应力状态可视为纯剪。
波形钢腹板组合箱梁的上、下混凝土翼缘板的剪切刚度比较小，桥梁中的剪力几乎完全由波形钢腹板承担，在实桥设计当中，本着安全设计的原则，假定结构所有的剪力都由波形钢腹板来承受，而忽略混凝土顶底板对剪力的抵抗作用。
当平钢板弯折成波形后剪切刚度将降低，用下式可以计算
式中：GS为钢材的剪切弹性模量，，E和ν分别为钢板的弹性模量和泊松比；AW为腹板的截面积，a为剪切刚度修正系数，与波形形状有关，是波形钢腹板桥梁纵向的长度与沿着纵向展开后长度比，即，其中，aw、bw、cw分别为波形钢腹板的直板段、斜板段及斜板段在桥梁纵向的长度。
3）扭转刚度
波形钢腹板组合箱梁的扭转刚度是由钢腹板与混凝土翼缘板构成的组合截面刚度，要考虑 2 种不同性质材料的组合。
同时，与混凝土翼缘板相比较，波形钢腹板的刚度极小，需要考虑因箱梁截面形状不同，钢腹板及其混凝土翼缘板所具有的有效扭转刚度。
在计算扭矩时扭转刚度可以用下式计算
式中：t1为左腹板厚，t2为顶板厚，t3为右腹板厚t4底板厚，b1为腹板中心间距，ns为钢材与混凝土的剪切弹性模量比，即。
修正系数β用下式表示，并且当h1/b1在0.2以下时，设β=0
3、波形钢腹板组合箱梁截面验算
1）抗弯验算
在计算波形钢腹板组合箱梁受弯、受拉压状态的截面力时，考虑到剪切刚度对截面力的影响很小，仅仅考虑弯曲刚度。
而波形钢腹板在桥梁纵向不具有抗弯
性能，因此可以仅仅考虑混凝土截面的刚度，见图3。
在验算其混凝土应力是否超过容许应力的同时，还要验算承载能力，其方法可以参照普通混凝土箱梁的一些规定。
有效截面轴应力弯曲应力
3波形钢腹板箱梁的抗弯有效截面及应力分布
2）抗剪验算
在对波形钢腹板箱梁进行抗剪验算时，可认为仅仅波形钢腹板承担剪力的作用，不考虑混凝土翼缘板的作用。
波形钢腹板截面上作用的剪应力沿着高度均匀分布，截面高度上的平均剪应力由下式计算
式中：S、Sp分别表示荷载作用时的剪力及其预应力斜钢筋所负担的剪力，Aw是波形钢腹板的横断面积。
3）抗扭验算
钢腹板及其混凝土翼缘板由扭矩引起的剪应力分别按照下式计算
式中：tw、tf为波形钢腹板及其混凝土翼缘板的厚度，分别为t1或t3、t2或t4。
4结语
波形钢腹板组合箱梁是一种新型结构形式，现在也正在我国蓬勃的发展，波形钢腹板桥梁也建设的越来越多。
国内外的实践证明，波形钢腹板组合桥梁是经济、高效新型桥梁形式，在大、中跨度桥梁中，其综合经济效益显著。
波形钢腹板组合梁是一种新型的钢—混凝土组合结构，由于它充分利用了混凝土和钢的材料特点，具有良好的受力性能，本文的研究，为今后的同类型的桥梁的设计提供了一定的依据。
参考文献：
[1]刘磊钱冬生波形钢腹板的受力行为[J]铁道学院.2000.22(增刊):53-56.
[2]刘磊钱冬生波形钢腹板预应力结合梁桥[J]国外公路.1999.19(1):26-30.
[3]万水陈建兵袁安华喻文兵波形钢腹板组合箱梁简化计算及试验研究[J]华东交通科技.2005.22(1)：13-14.。
