桁式腹杆组合梁桥力学分析与优化设计研究

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桁式腹杆组合梁是一种新型的组合结构桥梁,其用钢腹杆代替了混凝土箱梁的腹板结构,具有自重轻、通透性好、外形美观等诸多优点,是未来组合结构桥梁发展的新方向。本文分析了桁式腹杆组合梁不同分析模型的特点,建立了ANSYS有限元方法的实体模型,并对结构的力学性能、剪力滞效应以及截面优化设计等问题进行了深入的分析。主要研究内容为:通过对桁式腹杆组合梁的抗弯、抗剪、挠度、腹杆内力等力学分析,来探究其力学性能和受力规律。综合分析可知,组合梁的顶底板的内力作用主要为弯曲作用,钢腹杆的内力作用主要为轴力作用,组合梁的弯矩主要由顶底板承担,而组合梁剪力作用主要依靠钢腹杆来承担。分析了组合梁的剪力滞效应,通过对顶底板不同位置处的弯曲应力进行分析,可知其在桥梁纵横向分布不均匀,剪力滞效应比较明显。计算了截面的剪力滞系数和有效宽度,通过分析其变化规律,可知由支座向跨中方向剪力滞有减小趋势,且剪力滞系数有正负交替变化规律,与普通混凝土箱梁不同。为探究桁式腹杆组合梁的优化设计形式,首先分析了混凝土顶底板厚度、钢管壁厚、钢腹杆高度和倾角等对组合梁结构受力的影响,然后采用ANSYS的参数优化设计方法,对各结构设计参数进行优化分析,最终得出各设计参数的优化结果。
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