考虑界面掀起的双滑移面组合梁桥力学效应理论研究.pdf

摘要

双滑移面组合梁是将不同弹性模量的材料在两个交界面上进行连接而组成的受弯

构件，其充分发挥了不同材料的力学优势，改善了结构的受力性能，在桥梁工程领域得

到了广泛应用。在受力过程中，双滑移面组合梁桥的交界面上产生了相对滑移和掀起变

形，导致其力学状态较为复杂，力学效应难以准确分析。当前通常采用“规范方法（初

等梁理论，换算截面法）”或“有限元实体单元模型”分析双滑移面组合梁桥的力学效

应，存在计算结果不准确或建模过程极为繁琐的问题，不便于工程应用。因此，研究双

滑移面组合梁桥的力学效应计算方法，分析并揭示其力学规律是非常必要的。

本文在归纳总结国内外组合梁结构理论研究的基础上，针对界面滑移和掀起改变了

双滑移面组合梁桥力学性能的问题，建立了结构微段的受力微分方程，推导了多种静动

力荷载作用下的力学效应理论解，揭示了不同界面连接刚度下的力学规律，提出了能考

虑界面连接刚度的力学实用计算公式。本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法，开

展了以下工作：

（1）根据双滑移面组合梁桥的受力特点，推导了力学微分方程，结合简支边界条

件得到了弯曲变形效应理论解，通过与数值解和相关文献公式的计算结果进行对比，验

证了该理论解的正确性；通过对比初等梁理论的计算结果，表明所推导的理论解可以准

确地反映界面发生滑移和掀起后的组合梁力学效应。

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（）基于受弯基本理论，结合荷载特点，分别推导了考虑界面掀起的简支双滑移

面组合梁桥温度时变效应和荷载横向分布理论解析解。在对理论解进行验证后，将理论

解与初等梁理论的计算结果进行对比，分析两者之间存在差异的原因，表明本文的理论

分析方法较换算截面法更为接近于结构的实际受力情况。

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（）在弯曲力学效应理论解的基础上，根据达朗贝尔原理建立了简支双滑移面组

合梁桥竖向弯曲振动微分方程组，基于伽辽金法和振型正交性质，推导了自振频率和动

挠度响应的理论解。对比数值法的计算结果，表明理论解能如实体现结构的动力特性。

最后，对比分析了理论解与初等梁理论之间的计算结果。

（4）根据矩阵位移法的基本原理，推导了双滑移面组合梁的单元刚度系数和等效

结点荷载列阵，提出了一种能反映界面滑移和掀起的14自由度新型组合梁单元。通过

编程，该单元能进行变截面组合梁和超静定结构体系的数值计算。

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（5）根据本文所推导的理论解析解，通过逐渐改变界面连接刚度值，研究界面连

接刚度对双滑移面组合梁桥力学效应的影响规律。通过变参计算的结果，给出了界面连

接刚度的合理取值区间；通过非线性回归分析，提出了能考虑界面连接刚度的弯曲力学

效应和固有频率的实用计算公式，该实用公式具有工程应用价值。

关键词：桥梁工程，组合梁桥，双滑移面，界面掀起，理论解，新型组合梁单元

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Abstract

Doubleslipsurfacecompositebeamisabendingmembercomposedofmaterialswith

differentelasticmodulusconnectedattwointerfaces,whichfullyexertsthemechanical

advantagesofdifferentmaterialsandimprovesthemechanicalpropertiesofstructures,andis

widelyusedinbridgeengineering.Duringtheprocessofloading,relativeslipandlifting

deformationoccurattheinterfaceofdoubleslipplanecompositegirderbridge,whichresults

incomplexmechanicalstateanddifficulttoaccuratelyanalyzemechanicaleffects.Atpre