[发明专利]简支波纹腹板-钢底板组合箱梁顶板厚度的优选方法

说明书

本申请公开了简支波纹腹板‑钢底板组合箱梁顶板厚度的优选方法，首先考虑波纹钢腹板褶皱效应，求得组合箱梁的竖向变形势能，进而利用能量变分法获得该类结构竖向弯曲的弹性控制微分方程和边界条件，基于此精细化分析组合箱梁顶板(RC板)和钢底板力学性能。进而，根据组合箱梁力学特点及材料属性合理优化该类结构的顶板(RC板)厚度。由于本方法对组合箱梁力学特性分析准确，且有限元数值模拟进一步证明了本发明的有效性，因而优化后的波纹腹板‑钢底板组合箱梁不仅更为轻型化，而且有利于避免PC箱形梁桥的多种结构病害，且其跨越能力明显增大。本方法力学概念清晰，具有良好的应用价值，这将为该类组合结构设计提供一定的理论和技术支持。

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，特别涉及简支波纹腹板-钢底板组合箱梁顶板厚度的优选方法。

背景技术

近几十年来世界各地运营中预应力混凝土(PC)箱形梁桥力学和材料性能的缺陷逐渐显现，其主要表现为桥梁结构刚度退化、梁体开裂和跨中过度下挠等病害，这些病害严重影响了PC箱形梁桥的运营安全和耐久性。基于此，1975年法国CB(CampenonBemard)公司率先提出用波纹钢腹板置换传统PC箱梁腹板的设想，并最终于1986年建成世界上第一座波纹钢腹板PC组合箱梁桥—Cognac桥。与PC箱梁相比较，该类箱形梁桥自重一般降低25％左右，这不仅解决了桥梁结构的轻型化问题，而且由于波纹钢腹板褶皱效应，使得混凝土顶板和底板因徐变、干燥收缩和温度效应等因素产生的变形不受约束，从而提高了混凝土板内的预应力效率，现今我国已建和在建波纹钢腹板PC箱形梁桥已有70余座。

近年来，我国桥梁专家对组合箱梁的认识又有新的发展，且率先提出传统波纹钢腹板组合箱梁下翼板(RC板)以平钢板来代替，进而形成波纹腹板-钢底板新型组合结构。与传统PC箱形梁桥相比较，新型组合箱梁自重降低近50％，其不仅具有良好的抗震性能，而且有效解决了传统组合箱梁下翼板开裂或压溃等病害。特别是提高了新型组合箱梁的施工进度，进一步优化了该类结构的力学和材料性能。正是由于新型组合箱梁具有自重轻、受力性能稳定和跨越能力大等优点，并且我国高烈度地震区域面积大、湿陷性黄土和软土地区分布广等特点，因而更加适合建造该类组合梁桥。近年来，该类桥梁已应用于甘肃省景(泰)至中(川)高速，以及中川机场进出口公路立交改建工程中。但是，基于新型组合箱梁力学特点，该类组合结构顶板厚度可进一步优化，进而实现该类结构更加轻型化，且其力学性能更为优越。因而，简支波纹腹板-钢底板组合箱梁顶板厚度优选方法的研究、发明更具理论意义和工程实用价值。

发明内容

解决的技术问题：针对上述问题，本发明提出简支波纹腹板-钢底板组合箱梁顶板厚度的优选方法，该方法综合考虑波纹腹板-钢底板组合箱梁力学特点以及材料属性，且通过顶板厚度的合理选择，进而实现该类新型组合结构处于良好运营及受力状态。

技术方案：

简支波纹腹板-钢底板组合箱梁顶板厚度的优选方法，所述简支波纹腹板-钢底板组合箱梁顶板厚度的优选方法为：

基于能量变分法，首先推导出关于w(z)的微分方程

式中w⁽⁶⁾(z)为w(z)的六阶求导式；w⁽⁴⁾(z)为w(z)的四阶求导式。

进而，求得下列方程式

最后，求得顶板正应力

σ_sa2＝-Eh₁θ'+E(M₀-h₁ω_s2)U' (9)

式中：