波形钢腹板组合曲线箱梁的扭转性能研究

This project aims to solve the torsional behavior of the curved composite box girders with corrugated steel webs. And the research will focus on 4 items on the curved composite box girders with corrugated steel webs: (1) pure torsional stresses of the thin walled curved box girders; (2) distortional stresses of the thin walled curved box girders;（3）shear buckling of the corrugated steel webs on the curved box girders; (4) diaphragm or bracing spacing in the thin walled curved box girders for the sake of reducing the torsional stresses and the distortional stresses. The problems listed above will be solved based on the classical plate and orthotropic shell buckling theory, thin walled box girder theory, finite element method analysis and the experimental verification. And to evaluate the accuracy of the proposed theory, totally 6 specimens of the curved box girders with or without the corrugated steel webs and the straight box girder with the corrugated steel webs will be tested. By this research, the calculation formula of the pure torsional stresses and distortional stresses and the requirements of the diaphragm or bracing spacing will be proposed for the convenience of the design of the curved composite box girder bridges with corrugated steel webs. The research will be valuable for the safety and practical spreading of this new style curved composite box girder bridges.

课题针对波形钢腹板组合曲线箱梁桥的扭转性能，主要研究四个内容：（1）波形钢腹板组合曲线箱梁的扭转剪应力及约束扭转翘曲应力；（2）波形钢腹板组合曲线箱梁受扭时的截面畸变应力；（3）波形钢腹板组合曲线箱梁桥的波形钢腹板的受剪屈曲；（4）波形钢腹板组合曲线箱梁桥的横隔板形式及设置原则。课题拟采用板壳屈曲理论、薄壁曲梁理论、有限元分析，以及模型试验的方法，考虑波形钢腹板的结构特点，对这些内容进行研究。课题将通过6个波形钢腹板曲线箱梁、普通平钢腹板曲线箱梁以及波形钢腹板直箱梁的模型试验，验证并校核理论计算方法的精确度。课题预期将得到适宜于波形钢腹板曲线箱梁桥工程设计的约束扭转和截面畸变应力计算公式，得到波形钢腹板的受剪屈曲临界剪应力计算公式，提出波形钢腹板曲线箱梁的横隔板布置原则。课题将对波形钢腹板钢-混组合曲线箱梁桥这一新桥型的安全使用及推广具有重要价值。

波形钢腹板箱梁桥是针对一般混凝土箱梁桥自重太大、混凝土腹板容易开裂等现象而探索出来的一种桥梁结构新型式。该型式桥梁可以降低箱梁自重约30%，此外还具有可以提高桥梁预应力效率等优点。本课题主要是针对波形钢腹板曲线形式箱梁的弯、剪、扭特性开展研究。课题基于乌曼斯基纵向翘曲位移理论，结合波形钢腹板的特性，考虑曲线箱梁弯扭耦合作用，提出了组合曲线箱梁扭转双力矩和扭转应力的计算公式，并在按弹性分析所求得的截面畸变翘曲函数基础上，结合波形钢腹板横向抗弯特性，考虑曲率对截面畸变角的影响，提出了波形钢腹板组合曲线箱梁畸变双力矩和畸变应力的计算公式；课题基于能量法原理建立了考虑波形钢腹板剪切变形的曲线箱梁的挠曲微分方程，并采用Matlab软件给出了适用于任意跨的波形钢腹板曲线箱梁扭转性能分析的计算程序；针对应用于曲线箱梁桥的波形腹板，课题将其等效为四边支撑折板及正交异性柱形扁壳，根据薄壳屈曲理论、折板理论，导得曲线箱梁桥中波形钢腹板的剪切屈曲强度公式；课题研究了横隔板对曲线箱梁变形及应力的影响，分析了曲线箱梁的高跨比、曲率半径、高厚比及宽厚比对横隔板间距的影响，按截面翘曲正应力与弯曲正应力的比值小于10%的原则，拟合出波形钢腹板曲线箱梁横隔板间距的估算公式；课题还通过3片曲线组合箱形试验梁的试验、通过有限元方法的大量计算、通过与理论研究成果的对比，研究了不同腹板类型曲线箱梁扭转与畸变性能，分析了曲率半径、波形钢腹板的几何尺寸、箱室尺寸、跨径等参数对波形钢腹板曲线箱梁扭转效应、畸变效应及变形的影响。本课题的研究，为该结构型式在混凝土曲线梁桥上的推广应用打下基础，可为波形腹板曲线梁的设计与施工，提供了理论支持。