斜腹板箱形截面的扭转几何特性

根据薄壁箱梁约束扭转理论中的几何特性计算过程,推导斜腹板双室箱形截面的扭转中心、主扇性坐标及主扇性惯性矩的实用计算公式,数值算例验证所推导公式的正确性。以所推导的实用公式为基础,结合数值算例,详细分析斜腹板倾角、悬臂板宽度及梁高等参数变化对斜腹板双室箱形截面的扭转中心、主扇性坐标及主扇性惯性矩的影响规律。研究结果表明:扭转中心至顶板中面的距离随着斜腹板倾角的增大而增大,但该距离与梁高之比却随着梁高的增大而减小;随着悬臂板宽度的增大,悬臂板自由端处的主扇性坐标将显著增大;随着斜腹板倾角的增大,主扇性惯性矩具有先增大后减小的变化规律;当悬臂板宽度较大时,主扇性惯性矩随悬臂板宽度的增大而迅速增大,梁高较大时主扇性惯性矩的增大程度尤为显著。     

波形钢腹板箱梁考虑腹板局部纵向刚度影响的扭转效应分析

为了更加合理地分析波形钢腹板组合箱梁的约束扭转效应,考虑了顶底板对波形钢腹板的约束作用,引入波形钢腹板共同抗弯区的概念,同时考虑波形钢腹板的手风琴效应,提出一种分析约束扭转效应的解析法.通过引入新的广义扇性坐标分布模式,在乌曼斯基第二理论的基础上推导了约束扭转翘曲应力的计算公式.结合数值算例对比分析了所提方法与传统方法计算结果及ANSYS有限元结果的差别,确定出合理的共同抗弯区高度,验证了所推导公式的正确性.研究结果表明:在考虑了顶底板对波形钢腹板约束作用后的计算结果与传统方法相比更加接近有限元分析结果,且与有限元结果总体上吻合良好;共同抗弯区内的扭转翘曲正应力可达到弯曲正应力水平,这说明在波形钢腹板箱梁约束扭转分析中考虑顶底板对腹板的约束作用是合理的.     

复杂薄壁断面的自由扭转惯性矩的数值分析

通过自由扭转理论推导出复杂薄壁箱梁断面的自由扭转惯性矩的计算方法；采用实际复杂薄壁箱梁断面进行了数值验证，并和使用有限元方法计算的结果进行了比较．结果表明，这是一种简单实用且精度较高的计算方法．     

薄壁箱梁约束扭转剪应力计算

为了合理计算薄壁箱梁约束扭转剪应力,基于乌曼斯基第二理论,根据总扭矩平衡条件和翘曲位移连续性条件,导出了薄壁箱梁约束扭转剪应力的2种计算公式,并论证了2种公式的等价性.在公式推导过程中,对箱梁悬臂板进行了考虑.针对2种公式中广义扇性静矩计算的繁琐性,进一步导出了其实用简化计算公式,并举例说明了其具体应用.数值算例表明:有悬臂板的薄壁箱梁发生约束扭转时,全截面最大剪应力出现在腹板内,在悬臂板内也存在较大的剪应力;顶板和底板内的剪应力非均匀分布程度显著,其中部区域内剪应力很小.如果近似按自由扭转理论计算剪应力,求得的腹板剪应力只有实际最大剪应力的69％,严重低估了腹板内的实际剪应力大小,表明不能忽略翘曲约束效应对剪应力的影响.     

钢异形柱T形截面几何参数计算

以弹性开口薄壁杆件约束扭转理论为基础,对钢异形柱的截面几何特性进行分析.计算出钢异形柱中T形截面的主扇性坐标、主扇性静矩、主扇性惯性矩等几何参数,为钢异形柱构件的工程应用提供计算参数.     

预应力混凝土箱梁桥偏载系数的 数值分析与试验

基于薄壁箱梁约束扭转的广义位移概念、板梁框架法原理,以约束扭转微分方程、畸变微分方程齐次解为单元插值函数,运用能量变分原理,以递推矩阵法推导箱梁约束扭转单元、箱梁畸变单元刚度矩阵,考虑了悬臂板、箱梁顶板变厚度的影响.用Fortran语言编写了箱梁弯曲、约束扭转与畸变单元的计算程序.基于原型桥制造了1∶4大比例的预应力混凝土连续箱梁模型,开展了偏心荷载作用下的受力特性试验研究.试验实测偏载系数与程序计算结果一致,同时计算了5座预应力混凝土箱梁桥的偏载系数.试验研究和数值分析表明:目前设计工程师所使用剪应力偏载系数严重偏小,在设计阶段留下腹板主拉应力超限甚至开裂的隐患.     

波形钢腹板箱梁的扭转应力分析

与普通混凝土腹板箱梁相比,波形钢腹板箱梁由于其结构的特殊性,截面抗扭刚度较小,由扭转产生的翘曲应力较大.为深入研究波形钢腹板箱梁扭转产生的翘曲应力,文中在箱梁理论的基础上,根据波形钢腹板箱梁的力学特性,将波形钢腹板作为正交异性板,采用乌氏第二理论,推导出波形钢腹板箱梁的扭转微分方程,并采用初参数法求得约束扭转正应力和约束扭转剪应力.将计算结果与已有的试验结果相比较,结果表明文中分析的精确度较高.     

图论在薄壁杆件结构计算中的应用

本文把图论引入薄壁杆件结构计算,建立了薄壁剖面的图模型,从而简洁准确地给出了薄壁剖面拓扑关系的数学描述.在此基础上,导出了计算扇性坐标、Bredt 剪应力流、二次剪应力流及弯曲剪应力流的矩阵方程式,可方便地使用电子计算机求解,避免了在具体计算过程中因判断剖面拓扑关系而引起的困难.     

温度梯度对混凝土曲线箱梁影响的计算方法

针对计算温度荷载对弯箱梁桥影响的方法很难用于弯箱梁桥的初步设计和估算的问题,采用单纯扭转理论研究了弯箱梁微段的几何关系,推导了曲线梁在温度梯度作用下的基本微分方程.将一次扭转超静定简支弯箱梁作为基本结构,通过求解微分方程的解析解,提出了一种较为简便的计算温度梯度对曲线梁影响的方法.研究表明,抗弯刚度和抗扭刚度之比对由于温度梯度而产生的反扭矩影响较大,对支座反力的影响较小.用该方法计算了二等跨、三等跨和四等跨一联的连续弯箱梁桥的支座反力和反扭矩,其与空间有限元程序计算结果的误差小于5%,可以满足工程精度的要求.     

单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转剪应力分析

波形钢腹板组合箱梁扭转刚度小、截面易发生翘曲变形.为合理计算单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转时的剪应力,对剪力流进行分解,根据剪力流的传递路径、微元体纵向平衡及翘曲位移连续性,引入能够反映各室箱壁剪力流传递规律的常数,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演出截面几何特性和剪应力的实用计算公式.基于Reissner原理建立约束扭转控制微分方程,并用初参数法求得解析解.用该文解析法和ANSYS有限元法计算偏心荷载作用下简支箱梁的扭转剪应力,并引入反映扭转剪应力对总剪应力影响的剪应力增大系数和翘曲剪应力对扭转剪应力贡献的剪应力系数,详细分析了梁宽和箱室数量对剪应力的影响.研究结果表明：该文解析解与ANSYS有限元解吻合良好;梁宽增大和箱室数量增加均可降低扭转剪应力;约束扭转使得外腹板剪应力增大系数达到1.69,且腹板间的总剪应力表现出明显的分布不均匀性;翘曲剪应力对扭转剪应力的影响显著,设计时不可忽略;设计时应考虑混凝土顶底板扭转剪应力对主拉应力的影响,避免斜裂缝的产生.     

薄壁钢箱梁自由扭转刚度和翘曲扭转刚度的计算

大跨度桥梁动力特性分析中主梁自由扭转刚度和翘曲扭转刚度的计算是个难点,本文介绍了利用ANSYS有限元软件计算扁平钢箱梁截面的扭转常数和翘曲常数的详细步骤,并给出了动力特性分析中计入翘曲扭转刚度的方法.通过实际算例验证了本文介绍的大跨度桥梁主梁扭转刚度计算方法的可行性,并指明了具体实施中的一些细节和技巧.     

基于改进三弯矩方程的钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度研究

为简便估算恒载作用下钢-混凝土混合梁变截面连续梁合理钢箱梁长度,基于现有三弯矩方程推导了适用于变截面连续梁的改进三弯矩方程,建立了基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩简化计算方法,并采用MATLAB软件编制了计算程序。构建了不同跨径的变截面钢-混凝土混合连续梁桥标准结构,运用改进三弯矩方程分析了恒载作用下不同跨径钢-混凝土混合连续梁桥关键截面弯矩随钢箱梁段长度变化的规律,建立了主跨跨径150m~300m间钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度预估公式。不同跨径的钢-混凝土混合连续梁的墩顶负弯矩和跨中正弯矩均随钢箱梁段长度的增大而减小;主跨跨径150m、200m、250m、300m的变截面钢-混凝土混合连续梁桥钢箱梁段长度与主跨跨径的比例分别为0.35、0.40、0.40、0.45时,主跨跨中正弯矩减小趋势变缓;研究结果表明：基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩计算结果与有限元计算结果的偏差小于10%,可便捷且准确地计算恒载下变截面连续梁弯矩;预估公式计算得到的钢箱梁段合理长度与实桥使用的钢箱梁段长度之间的误差在12.5%以内,预估公式具有良好适用性。     

小半径曲线连续箱梁桥恒载应力的空间分布特性分析

为研究混凝土曲线箱梁桥的空间受力特性,以某主梁宽9.75m、桥长5×18.76 m的城市立交匝道桥为工程背景,利用ANSYS有限元软件计算几种标准跨径的桥梁模型,通过对截面应力进行积分运算获取截面不同区域所承担的内力比例,并以内力比值系数、应力差值和应力比值为评价指标讨论了同跨径下曲线箱梁桥与直线箱梁桥在一期恒载作用下各控制截面弯矩、剪力和应力的差异。研究发现:一期恒载作用下,曲线箱梁顶、底板法向正应力分布不均匀,剪力滞系数最大可达1.35;外侧腹板承担剪力值最大可达内侧腹板的2.65倍;圆心角超过8°时,边跨跨中截面剪力比值系数大于1.1,圆心角超过13°时,边跨支点截面剪力比值系数大于1.13;在恒载作用下,曲线箱梁桥中性轴“倾斜”,在边跨跨中截面外侧出现正应力卸载现象,边跨支点截面内侧出现应力卸载现象。现行普遍使用的梁系有限元法计算结果不能真实反应曲线箱梁的空间受力分布,箱梁各腹板受力和顶底板弯曲正应力的分布在工程设计中应引起足够的重视。     

薄壁钢箱梁考虑加劲肋构造剪力滞效应的计算

采用有限元方法对设置不同加劲肋的钢箱梁进行模拟计算,分析了各试件的应力分布并给出在不同构造情况下箱梁跨中截面顶板的剪力滞系数,表明在钢箱梁中加劲肋可以有效地减少剪力滞效应;根据有限元模拟计算出的不同构造情况下各试件的正应力值,并结合变分法公式提出了计算箱梁截面正应力的修正公式,有效地提高了计算精度。     

Torsional inertia moment of beam element with complex section analysis based on FEM

Currently, for the analysis of complex bridge based on beam element, the calculation of cross-section torsional inertia moment is still an unresolved technical problem. Most current calculation of section torsional inertia moment is an approximate analytic method for two-dimensional cross-section, which is not fully consistent with the actual situation, and do not consider the effects of diaphragm in bridge. In order to analyze accurately cable-stayed bridge, suspension bridge and other complex bridge structures based on beam element, the calculation method of section torsional inertia moment based on finite element method (FEM) is invented in this paper. Firstly, setting up local cantilever fine model with solid element or shell element and applying torsion on the end of cantilever. Secondly, calculating the torsion angle of cantilever by FEM method and then the torsional moment through equivalent beam method. Finally, the examples of the section torsional moment calculation of concrete model with solid element with diaphragm and steel girder box model with shell element with diaphragm are used to verify the calculation method, which is applied to the suspension bridge design and construction control special software SBNA developed by Research Institute of Highway Ministry of Transport. Taizhou Bridge under construction is one of the examples.     

梁格法在弯箱梁桥上的分析及应用

梁格法是一种能较好地模拟弯桥结构的空间结构分析方法,因其基本概念清晰、计算费用低,内力计算结果可以直接用于按规范检算等优点,常应用于宽、斜、弯梁桥设计中.本文介绍了适用于箱型截面的梁格基本理论,并用m idas civil 2010板单元验证梁格法的可行性,以期为设计人员解决类似桥梁结构分析方面的问题提供参考.     

配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形截面纯扭构件全过程分析

在配筋钢纤维高强混凝土薄壁箱形截面纯扭构件试验研究的基础上,应用空间软化桁架理论,结合钢纤维高强混凝土本构关系及其软化系数方程,编制了软化桁架模型分析程序,并对试验构件进行了全过程分析.在考虑钢纤维高强混凝土抗拉强度作用时,能较好地模拟试验构件的荷载-变形全过程,不仅能较准确地得到极限扭矩,而且可以获得开裂扭矩,其结论也得到相关钢纤维高强混凝土纯扭构件试验结果的证实.     

基于有效宽度的蝶形腹板箱梁抗弯承载力

为研究蝶形腹板箱梁有效宽度及抗弯承载力,设计、制作了试验模型,并进行了静力加载试验;通过建立与试验条件一致的ABAQUS有限元模型,分析其受力性能;依据平截面假定,结合中、美、日三国规范计算其有效宽度,引入蝶形腹板折减系数α,建立了蝶形腹板箱梁极限抗弯承载力计算公式;通过承载力计算值与试验值、有限元值对比,结果表明：蝶形腹板与顶底板之间协同工作,受力性能良好;依据中美规范计算蝶形腹板箱梁有效宽度较为合理;在此基础上,蝶形腹板箱梁抗弯承载力计算值与试验值较为吻合,且结果偏安全。     

箱形结构截面扭转中心的确定及应用

基于箱形薄壁粱的实际构造情况和用于薄壁构件约束扭转计算的YMANCK第二理论,对工程结构中常用的单箱双室薄壁箱形粱截面的扭转中心位置进行了理论推导,并得到了扭转中心的显式表达式．算例表明,该计算公式正确、使用方便。具有广泛的适用性。