波纹钢腹板预弯槽型梁静力学性能研究

将预弯梁、波纹钢腹板与槽形梁结构相结合，形成新型的波纹钢腹板预弯槽形梁结构。该结构继承了三种结构刚度大、施工简便、噪音小等优点，与传统槽形梁结构相比其结构力学性能更好、建造更简便、结构耐久性更好。该结构特点突出，适合于公路桥梁和轨道交通桥梁建设项目，特别是铁路跨线桥和高速铁路桥工程。采用理论与实验相结合的方法对这一结构的静力学性能进行研究。理论研究中，采用非线性有限元分析方法，研究波纹钢腹板预弯槽形梁结构的静力学特性、构造特点、设计理论等内容，并针对重要参数进行参数分析。在理论研究的基础上，采用缩尺实验对理论研究结果进行验证。该结构是一种新型的桥梁主梁结构形式，将填补国内外在这一领域的空白。如完成其力学性能的研究，将提高我国在槽形梁桥研究和建设领域的技术水平，使我国在此种桥梁结构的研究中处于国际领先地位。

本项目主要针对波形钢腹板预弯槽型梁的弯曲、剪切、扭转力学性能以及制作过程中的应力分布进行了全面研究。通过制作过程中的应力测试，分析了钢梁翼缘的预弯应力，混凝土反弹压应力，混凝土徐变、收缩引起的应力损失，荷载作用下试验梁的截面应变分布和截面开裂荷载。钢梁反弹能够有效地对一期混凝土施加预压应力；试验梁一期混凝土下缘混凝的徐变、收缩应力损失较小。通过静载试验，验证了剪应力简化模型的准确性，提出了适用于此类梁的受压区等效矩形高度限制方程。分析了组合梁的荷载和预应力效应的力学特征，推导了槽型梁截面的剪应力分布。基于弹性理论提出了的支反力-荷载分段函数计算模式，对槽型梁的剪切应变几何方程进行分段积分，从而建立了计算剪切挠度的通用公式。该公式适用于计算在任意位置的多个集中荷载和均布荷载同时作用下的剪切挠度。通过4片波形钢腹板组合槽型梁和1片波形钢腹板组合工形梁的静载试验和有限元分析，验证了剪切挠度通用公式的准确性。基于约束扭转理论，假定波形钢腹板的翘曲应力为零，推导了集中扭矩作用下的扭转角公式，并建立了偏载系数表达式。通过2片试验梁的偏载试验和3片试验梁的对称荷载试验，分析了偏载位置对跨中竖向位移和扭转角的影响。初步建立了偏载系数评价方法，提出了偏载弯扭比和位置系数的概念，从而可以通过偏载系数对比不同桥梁的偏载受力性能。试验梁的偏载性能比波形钢腹板组合箱梁差10%左右，适当的增加梁高，能使得波形钢腹板组合槽型梁具有较好的抗扭性能。