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波形钢腹板组合箱梁桥的力学性能分析与试验研究波形钢腹板组合箱梁桥的力学性能分析与试验研究随着经济的快速发展和社会的进步，道路交通网络得到了广泛的发展和建设。
桥梁作为交通运输的重要组成部分，其安全可靠性对于人们出行和货物运输具有重要意义。
因此，进一步研究和分析桥梁的力学性能，极为必要和重要。
波形钢腹板组合箱梁桥作为桥梁结构的一种常见形式，具有结构简单、施工方便、重量轻等优点，以及一定的经济性和实用性。
然而，由于其结构特点的存在，其力学性能在荷载作用下存在着一定的不确定性。
因此，对于波形钢腹板组合箱梁桥的力学性能进行深入的研究和试验具有重要的理论和实际意义。
首先，本文将从结构特点和构造设计两个方面分析波形钢腹板组合箱梁桥的结构特点，包括板梁的形状、材料的选择、纵、横墩等结构要素的设计。
通过对这些结构特点的分析，可以更好地理解波形钢腹板组合箱梁桥在力学性能上的表现。
其次，本文将从受力分析和荷载作用两个方面，对波形钢腹板组合箱梁桥的力学性能进行分析。
受力分析将关注桥梁各个部位所受的力学作用，包括弯矩、轴力和剪力等。
荷载作用将考虑桥梁在实际运行中所受到的荷载情况，包括静态荷载和动态荷载。
通过对这些因素的综合分析，可以全面了解波形钢腹板组合箱梁桥在不同荷载情况下的力学性能。
最后，本文将结合实际工程示例，对波形钢腹板组合箱梁桥的力学性能进行试验研究。
通过搭建试验平台和采集测试数据，在不同加载条件下对桥梁进行加载试验，得到相关参数的实际数值，并与理论值进行对比分析。
通过试验研究，可以验证理论模型的准确性，并获取实际工程中波形钢腹板组合箱梁桥的实际力学性能数据。
综上所述，本文将对波形钢腹板组合箱梁桥的力学性能进行全面分析和试验研究。
通过对结构特点和受力分析的详细介绍，可以更好地理解桥梁在力学性能上的表现。
通过试验研究获取实际桥梁的力学数据，可以为工程实践提供可靠的理论依据和实际指导。
相信通过本文的研究，可以进一步提高波形钢腹板组合箱梁桥的设计和施工水平，为交通运输的安全和便捷做出贡献综合以上分析和试验研究结果，可以得出结论：波形钢腹板组合箱梁桥在力学性能上表现出较好的承载能力和抗震性能。
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。
波形钢腹板箱梁结构及基本力学性能分析波形钢腹板箱梁结构及基本力学性能分析摘要波形钢腹板PC组合箱梁是一种新型的钢-混凝土组合结构形式，传统的预应力混凝土箱梁桥相比还是与加劲的平钢腹板PC箱梁桥相比，它在结构性能、减少工程量、缩短工期以及降低成本等方面具有很大的优势。
本文首先介绍了波形钢腹板PC组合箱梁的结构特点，然后分析了这种结构的基本力学性能，包括腹板纵向刚度，弯曲及破坏特点，剪应力分布特征及剪切刚度，扭转特性及抗弯性能。
关键词：桥梁工程；波形钢腹板；结构体系；力学性能0前言波形钢腹板PC组合箱梁是一种新型的钢-混凝土组合结构形式，混凝土集中在了上、下翼缘板等力臂较大的区域，而中和轴附近力臂较小的区域采用了刚度小重量轻的波形钢板，充分利用了钢和混凝土的性能，提高了材料的利用率，大大减轻了箱梁的自重[1-2]。
波形钢腹板PC组合箱梁采用了箱内体外预应力技术，便于桥梁的维修和补强。
波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥与同跨度的高强预应力混凝土桥相比可大大节约成本。
波形钢腹板PC组合箱梁桥巧妙地结合钢和混凝土，提高了结构的稳定性、强度及材料的使用效率，是一种值得推广的新型桥梁结构形式。
1结构体系及特点图1波形钢腹板PC组合箱梁结构示意图目前建成的波形钢腹板组合梁桥，主梁截面形式分为两种：一种是箱形截面，此时两片波形腹板倾斜放置，另一种是工字形截面，此时一片波形腹板竖直放置。
而绝大多数波形钢腹板预应力混凝土组合梁桥采用了箱形截面，即波形钢腹板PC组合箱梁。
本节将以箱梁为例来介绍波形钢腹板组合梁的结构构造特点。
图1所示为波形腹板组合箱梁的示意，由混凝土顶底板、波形钢腹板、横隔板、体内外预应力钢筋或钢索以及转向块等构成。
通过采用波形形状的钢腹板形成钢板与混凝土的组合箱梁截面体系，能够更加有效地施加预应力。
与预应力混凝土箱梁相比较，在混凝土腹板置换成波形钢板后，箱梁整体的横向刚度及其抗扭刚度都不同程度的减小了，因此，对立面布置、体外索及其横隔梁布置的要求也不同程度地与混凝土箱梁不同。
引用格式：罗秀, 倪家明, 程志巧. 波形钢腹板PC 曲线箱梁剪力滞效应影响参数研究[J]. 中国测试，2023, 49(3): 166-171. LUO Xiu, NI Jiaming, CHENG Zhiqiao. Research on influence parameters of shear lag effect of PC curved box girders with corrugated steel webs[J]. China Measurement & Test, 2023, 49(3): 166-171. DOI: 10.11857/j.issn.1674-5124.2021060154波形钢腹板PC 曲线箱梁剪力滞效应影响参数研究罗 秀， 倪家明， 程志巧(成都工业学院材料与环境工程学院， 四川 成都 611730)摘 要: 为研究波形钢腹板PC 曲线箱梁的剪力滞效应，利用有限元分析软件ANSYS 建立波形钢腹板PC 曲线箱梁的有限元模型，分析跨中集中荷载和全桥均布荷载两种工况下典型截面的应力分布，得到截面的剪力滞系数。
讨论8种几何参数对波形钢腹板PC 曲线箱梁剪力滞系数的影响。
研究结果表明：曲线箱梁的剪力滞效应大于直箱梁，平钢腹板引起的剪力滞效应胜于波形钢腹板；曲线箱梁内侧的剪力滞效应比外侧严重；悬臂长a 、圆心角θ、曲率半径R 、梁高H 对波形钢腹板PC 曲线箱梁剪力滞的影响是主要的，承托长b 、翼缘板厚度t 次之，横隔板数量n 和波高h 基本无影响。
关键词: 波形钢腹板; 曲线箱梁; 剪力滞; 有限元; 参数分析中图分类号: U448.38文献标志码: A文章编号: 1674–5124(2023)03–0166–06Research on influence parameters of shear lag effect of PC curvedbox girders with corrugated steel websLUO Xiu, NI Jiaming, CHENG Zhiqiao(College of Materials and Environmental Engineering, Chengdu Technological University, Chengdu 611730, China)Abstract : In order to study the shear lag effect of PC curved box girder with corrugated steel webs, the finite element model of PC curved box girder with corrugated steel webs is established by the finite element analysis software ANSYS, and the shear lag coefficient of the section is obtained by analyzing the stress distributions of typical sections under two working conditions, that is, central load and full bridge uniformly distributed load. 8kinds of geometrical parameters on the shear lag coefficient of PC curved box girder with corrugated steel webs is discussed. The results show that the shear lag effect of curved box girder is larger than that of straight box girder, and the shear lag effect caused by flat steel webs is more serious than that of corrugated steel webs.The shear lag effect on the inner side of curved box girder is more serious than that on the outside, the cantilever length, the center angle, the radius of curvature and the beam height influence on the shear lag of the PC curved box girder with corrugated steel webs are the main, and the thickness of supporting and flange plate is the second. the number of diaphragm and wave height have no effect.Keywords : corrugated steel webs; curved box girders; shear lag; FEM; parametric analysis收稿日期: 2021-06-27；收到修改稿日期: 2021-09-15作者简介: 罗 秀（1984-），女，四川成都市人，讲师，主要从事土木工程建造与管理、BIM 技术应用研究。
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。
智能建筑杂志投稿波形钢腹板抗剪性能的研究波形钢腹板组合桥具有受力明确、截面效率高、桥型美观等诸多优点，彻底解决了混凝土梁桥腹板开裂问题，提高了预应力效率，抗剪屈曲强度高。
本文是一篇智能建筑杂志投稿的文章范文，主要论述了波形钢腹板抗剪性能的研究。
摘要：为了研究波形钢腹板的抗剪受力性能，首先设计了4根波形钢腹板H型钢梁并进行屈曲加载试验，掌握了波形钢腹板屈曲的基本特征;统计国内外已建波形钢腹板组合桥的波形钢腹板尺寸参数、并对弹性屈曲强度的计算进行了分析，建议了弹性屈曲强度简化计算公式和适用范围;考虑局部弹性屈曲强度要小于整体弹性屈曲强度等参数范围，合理选取一批试验数据对Yi、聂建国等提出的波形钢板非线性剪切屈曲强度计算公式进行了对比分析，并通过ANSYS 有限元程序对本文部分试验结果进行了分析验证.结果表明：波形钢腹板主要承担剪力且剪应力沿高度均匀分布;几何初始缺陷对其剪切屈曲强度的影响较明显;在工程应用范围内，文中建议的弹性屈曲强度和非线性剪切屈曲强度公式与试验值和有限元分析值吻合较好，精确度较高，可供工程设计参考.关键词：钢腹板,抗剪试验,屈曲,弹性,非线性近年来我国已建成多座该类型桥梁，如较有代表性的山东鄄城黄河大桥、新密溱水桥等.随着波形钢腹板组合桥在我国的大力推广，其设计计算方法需得到逐步的完善，特别是仅承受剪力的薄钢腹板的剪切屈曲问题，包括整体屈曲、局部屈曲及合成屈曲，通过给定的波形如何准确得到其屈曲模态和荷载对指导设计至关重要.国外学者对波形钢板的抗剪屈曲研究起步于1969年.Easley[1]首先掀起了波形钢腹板梁模型试验研究的序幕，紧接着Elgaaly，Hamilton，Drive，Abbas，Moon，Linder大学[2-6]等多位学者和机构做过波形钢板的剪切屈曲试验;Easley和Skan-Southwell分别给出了波形钢板的整体、局部弹性屈曲强度计算公式，且已得到广泛的认可，但对合成弹性屈曲强度的计算仍存在不同的争议[4，7]，考虑非线性等因素后其实际屈曲强度的计算都是基于试验和数值模拟数据的拟合公式.国内研究起步相对较晚，仅周绪红、聂建国、李国强、宋建永[8-10]等人做过类似试验研究和理论分析，其中聂建国[10]做的8根H型钢梁的剪切屈曲试验最具代表性.相比较而言，对波形钢腹板剪切屈曲的试验探究和理论分析仍需进一步拓展，特别是在波形钢腹板合成弹性屈曲计算上还存在一定异议，其实际非线性屈曲强度的计算公式拟合时采用的数据范围较广，有些并不符合已建波形钢腹板PC组合梁的情况，因此有必要根据已建实桥的主要参数范围，选择尽可能合理的试验数据对相关计算公式做进一步对比分析.本文首先完成4根波形钢腹板H形钢梁的剪切屈曲试验，以掌握波形钢腹板的基本抗剪性能，为进一步研究波形钢腹板抗剪行为提供试验依据，接着根据已建实桥的波形钢腹板的尺寸参数，深入研究弹性和非线性屈曲强度，并建议相应的计算公式.1 试验探究1.1 模型设计本文首先设计了4片波形钢腹板H形钢梁进行屈曲荷载试验，其设计原则是：①保证模型发生剪切屈曲破坏而不发生其他形式破坏，②L1和L2波形较疏，易发生局部屈曲破坏;G1，G2波形较密，易发生整体屈曲破坏.模型尺寸如图1和表1所示.实测钢腹板的屈服强度平均值为380.2 MPa，极限强度平均值为456.6 MPa.试件制作效果G2如图2(a)所示.1.2 加载与测试试验加载装置如图2(b)所示，试验为跨中单调静力加载试验，每级荷载控制在10 kN左右，钢腹板屈曲后采用跨中竖向位移控制加载.试验前对钢腹板的初始缺陷进行测量，结果如下：试件L1，L2左右两侧腹板初始缺陷最大值分别为1.02 mm和1.09 mm，1.62 mm和1.86 mm，而试件G1，G2分别为1.98 mm和2.06 mm，2.36 mm和2.09 mm，其中L2左侧钢腹板侧向几何初始缺陷分布如图3所示.试验测试内容主要包括：1)钢腹板的剪应变，采用在腹板表面粘贴应变花的方式;同时在上下翼缘板适当布置应变片以测量弯曲应变;2)跨中竖向变形，在跨中截面布置百分表测试;3)腹板的侧向变形，在腹板沿横向设置百分表.图4为L1和L2的测点布置，试件G1和G2的测点布置基本相同，沿竖向设5个应变花.1.3 试验过程及破坏现象根据以上加载和测试方案对4个模型进行了加载测试，结果如下.1.3.1 试件L1和L2――局部屈曲试验过程：试件L1左右两侧腹板几乎同时在跨中的波折段发生屈曲破坏;试件L2右侧钢腹板几个子波折段首先发生屈曲破坏，试件整体承载力下降，卸载后，由于左侧钢腹板没有发生破坏，故在右半跨上下翼缘板焊接45°钢板提供斜向支撑，进行第二次加载试验.破坏现象：两个试件钢腹板的屈曲破坏现象和模式相同，首先在靠近跨中的单个波折段上沿45°发生屈曲破坏，随着加载的继续，多个破坏区域沿45°方向扩展到临近的2～3个子板上，最终破坏形态如图5(a)所示.因此可以判断，试件L1和L2的钢腹板首先发生局部屈曲破坏，随着加载继续，伴随合成屈曲.1.3.2 试件G1和G2―整体屈曲试验过程：当加载一定程度后，试件G1左右两侧腹板基本同时发生屈曲破坏;试件G2的左侧腹板首先发生屈曲破坏，卸载后，由于G2的右侧腹板没有发生屈曲破坏，因此按照试件L2的做法进行处理并进行了第二次加载试验.破坏现象：G1和G2的破坏现象和模式相同，先在腹板中间贯穿多个子板区域发生成45°的屈曲破坏，随着加载的继续，屈曲沿着45°向两侧发展，形成了3个大的破坏区域，平面外的变形加大，其破坏形态如图5(b)所示.因此可以判断，两试件腹板都发生了整体屈曲破坏. 1.4 试验结果及分析1.4.1 钢腹板剪应变图6给出了部分钢腹板在屈曲前的剪应变分布情况，其他测点规律基本一致.图6结果表明：波形钢腹板沿高度方向的剪应变分布均匀，且随着荷载线性递增而线性增加.1.4.2 钢腹板主应变方向根据腹板每个测点的3个方向应变值计算其主应变方向.限于篇幅，表2给出了部分试件测点的主应变方向.结果表明，钢腹板发生屈曲前，所有测点处主应变方向基本接近45°，因此，波形钢腹板基本处于纯剪状态，只承担剪力.1.4.3 荷载位移曲线试件L1和L2的跨中荷载位移曲线如图7(a)所示，由图可以看出，两试件在钢腹板屈曲后承载力突然下降.试件L2的第一次试验的承载力要明显小于第二次试验，即试件L2的左侧钢腹板的抗剪屈曲强度要大于右侧钢腹板的抗剪屈曲强度，这主要是由于实际测得的右侧钢腹板的初始缺陷值相对较大.给出第二次试验L2左侧腹板测点5的侧向荷载位移曲线如图8所示.试件G1和G2的跨中荷载位移曲线如图7(b)所示，由图可以看出，两试件在钢腹板屈曲后承载力也发生了突然下降.同样由于G2左侧钢腹板的初始缺陷值要大于右侧钢腹板，因此，试件G2的第一次试验的承载力要明显小于第二次试验.给出第二次试验G2右侧腹板测点6的侧向荷载位移曲线如图8所示.1.5 评述综合上述试验研究可知，波形较密时易发生整体屈曲，波形较疏时易发生局部屈曲，有时伴随合成屈曲;波形钢腹板在弹性范围内处于纯剪状态且剪力沿高度方向均匀分布;几何初始缺陷越大对其抗剪屈曲强度影响越大，实际钢腹板的抗剪屈曲强度往往达不到理想的状态.通过试验对波形钢腹板的抗剪屈曲特性有了宏观认识，但如何根据波形尺寸较为准确地计算分析出其屈曲模态和实际屈曲荷载更为关键.国内外的学者对其实际屈曲强度即非线性屈曲强度的计算都2 弹性屈曲强度分析2.1 概述国外对波形钢腹板的研究起步于其弹性屈曲强度的研究，包括整体弹性屈曲强度和局部弹性屈曲强度，及合成弹性屈曲强度.目前，对前两者的计算已有了较明确的计算公式，但合成弹性屈曲的理论和计算仍存在不同的看法.波形钢腹板的屈曲模态和屈曲强度与其波形尺寸密切相关，因此有必要对国内外一些已建波形钢腹板组合实桥的波形尺寸参数做出整理归纳，以便下面的进一步分析.随机选取国内外较为代表性的10座波形钢腹板组合桥如表3所示，波形尺寸一并列出.进一步分析整体屈曲系数如下：由于整体屈曲程度高，不控制波形钢腹板组合梁钢腹板的抗剪设计(后面会进一步分析说明)，因此可以从相对保守的角度计算分析.式(6)中β是与边界条件有关的系数，这里按照四边简支的情况取值为1，η是波形钢板桥轴向与波形钢板展开长度的比值，由前面实桥波形参数计算可知其折角θ一般在30°～45°之间，而且国外Linder[6]建议θ≥30°，从实桥设计角度来看θ也不会过大，因此η取值在0.85～0.94之间，且对屈曲系数值影响很小，这里为了设计方便而取定值为0.9，进一步整理式(6)得到式(7)为整体屈曲系数的简化计算公式.因此，对常规波形钢腹板实桥整体弹性屈曲强度按照式(5)，式(7)计算即可.2.4 对比分析已有研究表明，合成弹性屈曲强度与局部弹性屈曲强度和整体弹性屈曲强度有关[4，7].按照前面两者计算公式的分析，对前面10座波形钢腹板组合桥的局部和整体弹性屈曲强度计算，结果列于表4中，所有计算结果趋势完全一样，两者强度值均远大于钢材的屈服强度，且局部弹性屈曲强度都小于整体弹性屈曲强度，多数桥两者的比值相差较大，如Cognac桥、三道河中桥和大堰河桥，比值仅在0.25左右.并对其他多座已建实桥整体、局部弹性屈曲强度计算，结果趋势和上面10座桥完全一致.国内聂建国[10]等人发现波形钢腹板梁的承载力在钢腹板发生局部屈曲后还有一定程度的增长，本文试验试件L1和L2第二次试验的跨中荷载位移曲线也可以看出此趋势.再者，波形较疏时美感更强，而且波形较疏时材料的利用程度更高.因此，从实际波形钢腹板组合桥设计角度考虑，在这里设定由局部弹性屈曲强度要小于整体弹性屈曲强度，且比值最好在0.5以下.2.5 合成弹性屈曲强度合成屈曲是一种介于局部屈曲和整体屈曲之间较为复杂的屈曲形式，其理论和计算仍没有一致确定的结论.国外对其研究最初是基于局部弹性屈曲强度、整体弹性强度及钢材的剪切屈服强度[4，7];后来Yi等人又认为合成屈曲与钢材的屈服强度没有关系，如式(8)所示.对于n的取值，不同的学者有不同的看法，主要有1，2，4等几个取值.本文采用Yi等人的结论，不考虑钢材本身的屈服强度，用式(8)计算合成弹性屈曲强度，并进一步分析确认n取值为1的合理性.由公式本身可以看出，合成弹性屈曲强度是小于整体和局部弹性屈曲强度的，且与两者的大小关系相关.而实际波形钢腹板组合桥中，局部弹性屈曲强度是小于整体弹性屈曲强度的.因此，本文仅在该范围内分析.由图11可以看出，在上述给定的参数范围内，当局部弹性屈曲强度小于整体弹性屈曲强度时，按照公式(9)计算出的弹性屈曲强度和有限元分析结果趋势是一致的，而且在保守的基础上是较为接近的.从实桥设计角度考虑，hr/t 取值在10～20时按照公式(9)计算合成弹性屈曲强度更为安全保守.3 非线性屈曲强度分析3.1 试验对比分析波形钢板的弹性屈曲强度大于钢材本身的剪切屈服强度时，就需要考虑非线性等因素的影响，即钢腹板的非线性屈曲强度.国内外学者在数值拟合及试验验证的基础上给出了多种计算公式，但所取数值较为广泛，有些并不符合波形钢腹板组合桥的实际情况，因此有必要做进一步的整理分析.由于受到初始缺陷、残余应力、边界条件、施工制作误差等诸多不确定的因素影响，波形钢板非线性屈曲强度的计算很难达到一定精确度，只能在保守的情况下尽量减少误差. 本文选取较为合理的Yi[7]的计算公式(10)和国内聂建国[10]的计算公式(11)进行研究分析，并根据前文对实际波形钢腹板PC组合桥参数分析，按照以下原则筛选了包括本文试验在内的4组试验数据：①ω/h≤0.3;②a/h≥1;③折角θ在30°～45°之间;④局部弹性屈曲强度要小于整体弹性屈曲强度.由图12可以看出，剪切屈曲长细比小于1时，聂给出的计算公式更为保守，当剪切屈曲长细比在1和2之间时，两者曲线非常的接近.所选取的试验数据较好地分布于两曲线周围，离散性较低，仅有个别试验点稍低于曲线.因此在进一步选择的合适试验数据范围内，Yi和文献[10]给出的计算公式都能很好地计算出考虑非线性后波形钢腹板的实际剪切屈曲强度，在保守的基础上也比较准确，适合设计计算参考使用.3.2 有限元分析本文采用有限元程序Ansys14.0对试件L1， L2建立了有限元模型，进行了特征值弹性屈曲分析和非线性屈曲分析.与前面分析合成弹性屈曲强度建模一样，用shell181单元模拟波形钢腹板，其中试件L2波形钢板的有限元模型如图13所示.考虑钢腹板承担全部剪力[2，10]且沿高度均匀分布，按照本文建议的弹性屈曲强度的公式计算试件L1，L2的值分别为97.6 MPa， 124.8 MPa，有限元计算结果分别为106.8 MPa， 135.2 MPa，结果吻合相对较好.对于钢腹板非线性屈曲强度，考虑几何非线性和材料非线性，并按照实际施加了初始缺陷，其中L1侧向荷载位移曲线如图14所示，与L1试验梁一侧剪力(加载力的一半)较接近，且破坏强度远小于钢材本身的剪切屈服强度τ.y，发生了屈曲稳定破坏形态，将L1和L2试验值、有限元计算值、按照文献[10]计算理论值列于表5中，其中试件L2以左侧钢腹板为准.由表5可以看出，有限元分析由于没有考虑残余应力等其他因素情况下计算值略大，本文建议的钢腹板非线性屈曲强度的计算公式与试验及有限元分析结果吻合较好，误差在5%以内，在保守的基础上相对精确.4 结论1)通过4根波形钢腹板H形钢梁的抗剪屈曲静力试验，初步掌握了其抗剪性能.试验结果表明：波形钢腹板基本处于纯剪状态，且剪力沿高度方向均匀分布;初始缺陷越大对其非线性屈曲强度的影响越大.2)根据分析实桥波形钢腹板波形参数，对局部弹性屈曲系数可以直接取值5.34，并对整体屈曲系数给出了较为方便的建议公式.计算的实桥局部弹性屈曲强度小于甚至远小于整体弹性屈曲强度，在此基础上对合成弹性屈曲强度进行了分析，结果显示在给定的范围内，本文建议的弹性合成屈曲强度计算公式在保守的基础上有相对较高的精度.3)根据前文分析，选取了包括本文在内的4组实验数据，选取时按照以下原则：①ω/h≤0.3;②a/h≥1;③折角θ在30°～45°之间;④按照前面的计算公式算出的局部弹性屈曲强度要小于整体弹性屈曲强度.通过选取的数据对聂建国等人及Yi等人给出的波形钢腹板实际非线性屈曲强度计算公式进行对比分析，并建立本文试验梁的有限元模型分析对比.三者数值吻合较好，建议的计算公式在相对保守的基础上精确度较高，可供工程设计参考.。
波形钢腹板PC组合箱梁桥的受力性能分析目前,随着我国社会与经济的快速发展,桥梁的转型与升级不断向前推进,波形钢腹板PC组合箱梁充分利用了混凝土与钢材的材料特性,以其经济美观、自重较轻、预应力效率高等优点,获得了较快的发展。
这种桥梁结构形式在欧美与日本等发达国家得到了广泛的应用,以波形钢腹板代替混凝土腹板显著减少了工程数量,方便施工,因此,我们需要研究波形钢腹板PC组合箱梁的受力性能,为以后的类似工程提供相关的技术与经验支持。
本文以邢台至衡水高速公路上的跨南水北调渠段的波形钢腹板桥梁为研究背景,主要做了以下研究工作:(1)总结了波形钢腹板PC组合箱梁桥的构造特征与受力特点,包括抗剪性能、抗弯性能、抗扭和畸变性能和连接键性能,比较分析了波形钢腹板PC组合梁桥优缺点,提出了本文的研究内容和技术路线。
(2)以邢台至衡水高速公路上的跨南水北调渠段的波形钢腹板桥梁为研究背景,利用桥梁专业设计软件Midas/Civil建立有限元模型,给出了波形钢腹板箱梁进行强度验算时的分析方法,对其纵桥向、横桥向的力学性能进行了分析,对波形钢腹板桥梁正常使用极限状态与承载能力极限状态进行了设计计算。
(3)分析了波形钢腹板箱型桥梁的腹板剪切屈曲特征,研究了国内外桥梁波形钢腹板剪切屈曲的计算方法,并对各计算方法进行了对比分析,最后以邢台至衡水高速公路跨南水北调渠段的波形钢腹板桥为实例对三种剪切屈曲进行了计算,分析了波形钢腹板PC组合箱梁桥的稳定性能。
(4)介绍了PBL连接键特点,总结了波形钢腹板组合箱梁连接键的分类,分别研究了国内外桥梁工程应用中主要的四种连接键特点以及抗剪承载力计算方法,结合工程实例分析了波形钢腹板与混凝土板之间的水平剪力,对顶底板混凝土与波形钢腹板连接键的受力情况进
行了分析计算。
