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单箱单室等截面波腹钢—钢底板—混凝土顶板组合箱梁扭转力学性能分析单箱单室等截面波腹钢—钢底板—混凝土顶板组合箱梁扭转力学性能分析

摘要：本文通过对单箱单室等截面波腹钢—钢底板—混凝土顶板组合箱梁进行分析，研究了其扭转力学性能。通过建立数值模型，采用有限元方法进行计算，得出了不同工况下的扭转位移、扭矩和剪应力分布，并结合分析结果，对该类型组合箱梁的扭转性能进行了分析与讨论。

关键词：组合箱梁；波腹结构；扭转力学性能；有限元分析

1.引言

组合箱梁是一种具有较高承载能力和刚度的结构形式，在公路、铁路、桥梁等工程领域得到了广泛应用。波腹结构作为一种常用的构造形式，具有抗弯能力强、自重轻、施工方便等优势。在实际工程中，波腹结构常常与钢底板和混凝土顶板相结合，形成组合箱梁结构。这种结构具有较高的承载能力和抗扭、抗挠刚度，但其扭转力学性能尚未得到深入研究。

2.结构形式及模型建立

单箱单室等截面波腹钢—钢底板—混凝土顶板组合箱梁由横向波腹钢、纵向波腹钢、钢底板和混凝土顶板组成。具体结构参数如图1所示，其中a为波腹间隔，b为波腹高度，h为箱梁高度。

为了分析组合箱梁的扭转力学性能，建立了三维有限元模型，并采用ANSYS软件进行计算。模型采用四面体元进行离散，同时考虑了材料的非线性特性。

3.结果与分析

通过对不同工况下的有限元计算，得出了组合箱梁的扭转位移、扭矩和剪应力分布。以工况1为例，工况1为集中荷载作用下的情况，梁端有一端支承，另一端为自由端。图2展示了工况1下的扭转位移分布。

通过分析可知，在工况1下，组合箱梁的扭转位移主要集中在自由端，且随着距离自由端的位置增加而增大。

图3展示了工况1下的扭矩分布情况。可以看到，扭矩呈现出由大到小的分布规律，处于箱梁中心位置的扭矩最大。

图4展示了工况1下的剪应力分布情况。可以看到，剪应力主要集中在波腹和混凝土顶板的交界处，呈现出较大的剪应力集中现象。

通过对不同工况下的计算结果进行对比，可以发现组合箱梁在不同工况下的扭转位移、扭矩和剪应力分布存在差异。这些结果的得出对于进一步优化组合箱梁的结构设计具有重要意义。

4.结论

本文通过建立数值模型，采用有限元方法计算了单箱单室等截面波腹钢—钢底板—混凝土顶板组合箱梁的扭转位移、扭矩和剪应力分布。通过分析与讨论，得出了以下结论：

(1)组合箱梁的扭转位移随着距离自由端的位置增加而增大；

(2)组合箱梁的扭矩呈现由大到小的分布规律；

(3)组合箱梁的剪应力主要集中在波腹和混凝土顶板的交界处。

通过对组合箱梁的扭转力学性能进行分析，可以为其结构设计和实际工程应用提供参考依据，并为进一步优化组合箱梁结构提供理论支持。

综上所述，通过对单箱单室等截面波腹钢-钢底板-混凝土顶板组合箱梁的扭转位移、扭矩和剪应力分布的分析，我们可以得出以下结论：组合箱梁的扭转位移随着距离自由端的位置增加而增大，扭矩呈现由大到小的分布规律，剪

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