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钢-混凝土双面组合连续箱梁负弯矩区有限元分析

2011-07-25段树金董坤杰李鹏飞

关键词:箱梁有限元混凝土

段树金, 董坤杰, 李鹏飞

(石家庄铁道大学土木工程学院,石家庄050043)

0 引言

在大跨连续梁桥中,采用双面组合箱形截面具有优势[1-2]。文献[3]构造了一种双面组合箱梁截面,并对连续梁的内力分析和截面承载力计算方法进行了研究。文献[4]在对双面组合箱梁负弯矩区力学行为进行模型试验的基础上,对将这种截面形式应用于铁路桥梁设计的若干问题进行了探讨。鉴于组合梁受力分析的复杂性,学术界和工程界都开展了对连续组合梁结构的数值仿真研究[5-10]。

建立集中力作用下双面组合连续箱梁负弯矩区的数值模型,对其受力性能进行研究,并与相应的П形组合梁和U形组合箱梁结构性能做比较。所研究的连续梁在集中荷载作用下负弯矩区的受力性能可由对称性建立如图1所示的计算模型,归结为一悬臂梁模型;图2为本文采用的双面组合箱梁截面。

1 截面刚度与强度

1.1 组合箱梁截面的刚度

图1 负弯矩区结构计算简图

如图3所示,梁截面处于线弹性状态,其高度为h;钢梁高度为hs,截面面积为As,绕其形心轴的惯性矩为Is,钢梁截面形心轴至下翼缘底面的距离为ys;上翼缘混凝土板中受拉钢筋的面积为Ar,上混凝土板钢筋合力作用点到顶部的距离为a;钢材和混凝土的弹性模量之比为αE;中和轴至梁底的高度为x。

不计混凝土抗拉强度,但考虑混凝土中受拉钢筋的作用,中性轴一般位于钢梁腹板内,按换算截面法和受力平衡可以得到负弯矩区截……

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