考虑水平摩阻效应的交通荷载下路面沉降分析

为分析计算高速公路水泥混凝土路面承载结构在交通荷载作用下的沉降,将路面结构视为黏弹性地基梁.在Kelvin地基梁模型的基础上,考虑路面结构与路基土界面摩阻效应的影响,进而分析交通荷载下黏弹性地基有限长梁的瞬态问题,通过三角级数展开法和Laplace-Fourier积分变换以及逆变换得到黏弹性地基梁在半正弦波荷载作用下的位移解析解.并研究分析了路基路面摩阻效应、荷载移动速度、路面结构刚度、路基竖向反力系数、路基阻尼等因素对路面沉降的影响.分析结果表明:路面沉降随车辆移动速度的增大而减小,随路基黏滞阻力系数及路基刚度的增大而减小,随路面结构刚度及结构层高度的增大而减小,与此同时增大路面结构刚度还可减小路面的波动.     

移动荷载列作用下多层梁系统的动力响应分析

为研究多层梁系统在任意移动荷载列作用下的动力响应,基于有限傅里叶变换,提出一种求解移动荷载列作用下多层梁系统动力响应的解析计算方法.利用本研究的解析计算方法分析了梁的抗弯刚度、层间阻尼及层间刚度对一跨长32 m的梁-轨系统动力响应的影响,分析结果表明:改变轨道抗弯刚度、层间刚度或层间阻尼对主梁跨中动力响应的影响可以忽略;随着轨道抗弯刚度、层间刚度或层间阻尼的增大,轨道的跨中动力响应都缓慢减小;随着主梁抗弯刚度的增大,轨道及主梁的跨中动力响应均显著减小.     

多因素影响下钢-混连续组合梁的挠度计算分析

为精确计算钢-混凝土连续组合梁的挠度,在综合考虑钢梁与混凝土板之间的滑移效应及组合梁剪切变形影响的基础上,运用能量变分法推导出了钢-混凝土组合梁挠度计算的平衡微分方程,并给出了相对应的边界条件.通过引入均布荷载作用下钢-混凝土两跨连续组合梁的边界条件,求得了考虑滑移效应和剪切变形效应下组合梁的挠度计算公式,并对计算公式的正确性进行了验证.对钢-混凝土连续组合梁挠度做进一步分析表明:滑移效应会降低钢-混凝土连续组合梁的刚度,使组合梁产生附加挠度,并且会在中支点处引起梁负弯矩的增加,对混凝土板的受力产生不利影响.层间滑移位移随剪力连接件抗剪刚度的增大而减小,当剪力连接件抗剪刚度小于1200MPa时,层间滑移效应产生的附加挠度较大,对总挠度的影响也较大,应当考虑滑移效应对组合梁挠度的影响;当剪力连接件抗剪刚度大于1200MPa时,层间滑移效应产生的附加挠度较小,对总挠度的影响也较小,可以忽略滑移效应对组合梁挠度的影响.     

沥青加铺层温度应力研究(Ⅱ):内力及层间反力近似解

将旧水泥混凝土路面板温度变化引起的沥青加铺层路面结构的变形效应,分解为旧水泥混凝土路面板收缩引起的拉压效应、翘曲引起的弯曲效应,以及已知层间水平摩阻应力引起的弯曲效应三种,推导这三种效应的解析解;讨论旧水泥混凝土路面板收缩和翘曲时上述三种效应的组合及相互影响,给出沥青加铺层截面内力、层间接触应力的计算显式,并论证用这种先分解后组合的方法求解旧水泥混凝土路面板上沥青加铺层温度应力是可行的,且具有足够精度.     

水泥混凝土路面传力杆应力分析力学模型

应用三维有限元模型分析水泥混凝土路面中传力杆与水泥混凝土的接触状况,并基于弯曲刚度等效原则将传力杆和水泥混凝土面层系统简化为双层梁结构.计算结果表明,弹性地基上双层梁结构可很好地描述水泥混凝土路面的挠曲效应,而接缝处的双层梁相对位移、转角、以及挤压应力合力与三维有限元解的差异,只需对双层梁层间竖向反应模量进行修正即可;随后,总结归纳了相对位移、转角及挤压应力合力修正系数的回归式,讨论给出了接缝传力杆的抗剪刚度与抗弯刚度的计算式,并指出传力杆的传递弯矩的能力很小可忽略.最后,计算分析了梁端部作用集中荷载时,有基层的地基梁接缝传荷问题,指出在接缝抗剪刚度相同条件下,基层存在可使接缝两侧挠度比增大,接缝传递的剪力减小.     

组合梁考虑滑移效应的理论分析

钢-混凝土组合梁的刚度和挠度分析因可能受到两者界面的相对滑移影响而十分复杂.针对组合梁受界面滑移效应的影响,进行了静力线弹性分析,提出了组合梁挠度计算的二阶算法,分别建立了关于组合梁考虑滑移效应的挠度和层间相对滑移的二阶常微分方程,给出了相应的边界条件,求得了简支梁、悬臂梁、两端固定梁和一端简支一端固定梁4种不同边界条件组合梁在不同荷载作用下的层间相对滑移和挠度的理论精确解,并给出了组合梁受层间滑移效应影响的内力计算.通过与组合梁挠度计算高阶算法的对比,二阶算法简化了组合梁考虑滑移效应的挠度计算,给出了相对全面的计算结果.     

梁侧锚固钢板加固混凝土梁的横向剪力传递模型

为研究梁侧锚固钢板加固钢筋混凝土梁(BSP梁)中钢-混凝土连接界面上的横向滑移对加固梁的极限承载力及变形性能的影响,将BSP梁中横向剪力传递类比于Winkler弹性地基模型,并结合已有试验和数值模拟成果,提出了可用于计算横向滑移和横向剪力传递的分段线性简化模型.从而得出了由混凝土梁和钢板抗弯刚度及螺栓连接剪切刚度计算横向滑移和横向剪力传递的实用计算方法.该简化模型的适用性得到了试验成果的检验,并可用于指导BSP梁的加固设计.     

基于线性互补算法的叠梁接触规律研究

确定叠梁层间发生接触的区间及接触力分布规律是叠梁计算的关键.为克服以往解析解答得到的结论不合实际的现象,将叠梁接触问题构造为线性互补问题,并给出其一般求解过程.为验证该法的合理性,以梁与刚体接触问题的Timoshenko解答与胡海昌解答为例进行对比分析.在此基础上,对典型荷载作用下的叠梁接触问题进行了计算,并对其影响因素进行了深入研究.最后得到如下主要结论:刚度比、荷载作用形式以及剪切挠度对叠梁层间接触规律影响均非常明显;考虑剪切变形影响时,叠梁接触力由集中力变为分布力;集中力作用下,叠梁接触趋于点接触,均布力作用下,叠梁接触趋于线接触;上下梁刚度相等是叠梁接触力分布规律的一个转折点,不同的上下梁刚度比会得到不同的接触规律.     

基于Reissner梁理论的界面滑移组合梁几何非线性求积元分析

组合梁结构在建筑结构领域应用广泛,由于上下层梁连接的非完全刚性,当组合梁受荷时,两层梁界面间会产生相对滑移.在对界面滑移组合梁的几何非线性分析中,大多数研究工作基于Euler梁理论,考虑组合梁横向剪切变形的研究相对较少.本文基于平面Reissner梁理论,假设上、下两层梁的挠度相等(不发生竖向掀起),将界面滑移表示为各层梁参考轴线处轴向位移及截面转角的函数.采用虚位移原理结合求积元方法建立了界面滑移组合梁的增量平衡方程,对工程应用中的典型算例进行计算分析,并将结果与现有文献及作者之前提出的Euler组合梁模型进行了对比.研究表明:(1)本文构建的界面滑移组合梁求积元几何非线性格式计算步骤简单,效率较高.对于承受分布荷载的单跨组合梁,使用1个求积元单元9个积分点即可得到理想的计算结果.(2)基于本文模型的挠度计算值高于Euler梁模型,二者差异随组合梁高跨比的增大明显提高;同时也与组合梁横向荷载、剪力连接刚度以及边界条件等因素有关.     

界面滑移、竖向掀起及剪切变形对钢-混凝土组合连续梁动力性能的影响

利用力的平衡原理及变形协调条件,在Euler梁和Timoshenko梁理论基础上,分别建立3种钢-混凝土组合梁动力学模型,通过推导相应动力学方程,编制计算分析程序,计算组合梁模型的弯曲振动频率、振型以及在各种动力荷载工况下的动力响应,并与ANSYS模拟结果进行比较分析,验证各种计算模型的合理性,讨论界面滑移、竖向掀起及剪切变形对组合连续梁振动特性和动力响应的影响程度.研究结果表明:考虑界面滑移和剪切变形影响时,组合梁自振频率明显降低,动力响应显著增大,而是否考虑竖向掀起对组合梁自振频率和动力响应均无明显影响;综合考虑3种因素影响的组合连续梁模型所得结果与ANSYS分析结果最符合,并能较好地模拟钢-混凝土组合连续梁的动力性能.     

长期荷载作用下钢-混凝土组合梁的挠度计算与分析

为科学合理计算钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度,综合考虑钢梁与混凝土桥面板层间滑移效应、钢-混组合梁全截面剪切变形及混凝土桥面板收缩徐变的影响,运用能量变分法推导出钢-混组合梁挠度计算的控制微分方程.引入均布荷载作用下简支和两跨连续钢-混组合梁的自然边界条件,求解出了钢-混组合梁在这两种边界条件下的挠度计算公式.计算公式的可靠性得到了实测值和有限元值的验证.研究结果表明:考虑剪切变形与层间滑移后,两跨连续钢-混组合梁跨中最大挠度计算值相对于初等梁理论增大37.4％,而同时考虑混凝土收缩徐变后其挠度计算值增大58％;简支钢-混组合梁考虑混凝土的收缩徐变后挠度计算值相对于初等梁理论增大1.55倍,可见混凝土的收缩徐变效应对钢-混组合梁的挠度影响较大.研究成果可为实际工程中钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度计算提供理论依据.     

长期荷载作用下钢-混凝土组合梁的挠度计算与分析

为科学合理计算钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度,综合考虑钢梁与混凝土桥面板层间滑移效应、钢-混组合梁全截面剪切变形及混凝土桥面板收缩徐变的影响,运用能量变分法推导出钢-混组合梁挠度计算的控制微分方程.引入均布荷载作用下简支和两跨连续钢-混组合梁的自然边界条件,求解出了钢-混组合梁在这两种边界条件下的挠度计算公式.计算公式的可靠性得到了实测值和有限元值的验证.研究结果表明:考虑剪切变形与层间滑移后,两跨连续钢-混组合梁跨中最大挠度计算值相对于初等梁理论增大37.4％,而同时考虑混凝土收缩徐变后其挠度计算值增大58％;简支钢-混组合梁考虑混凝土的收缩徐变后挠度计算值相对于初等梁理论增大1.55倍,可见混凝土的收缩徐变效应对钢-混组合梁的挠度影响较大.研究成果可为实际工程中钢-混组合梁在长期荷载作用下的挠度计算提供理论依据.     

钢-混凝土组合梁界面滑移效应变分法求解

为了求解钢-混凝土组合梁的界面滑移效应,以弹性理论为基础,建立平衡方程;利用最小势能原理,结合变分方法,分别推导了简支钢-混凝土组合梁在受均布荷载和集中荷载时,组合梁的界面相对滑移、组合梁挠度以及附加弯矩的计算方法.结果表明:此方法使相对滑移微分方程基本形式得到统一;附加弯矩与相对滑移趋势成正比,而与相对滑移量无关;界面相对滑移量与抗滑移刚度、截面剪力有关,并且会增加组合梁挠度;简支组合梁相对滑移在梁两端部达到最大值,而向跨中减小.最后通过算例验证了给出的解析解的正确性.     

钢-混凝土组合板的弹性整体剪切屈曲分析

为了研究钢-混凝土组合板的弹性整体剪切屈曲性能,采用夹层板理论推导了组合板弹性屈曲方程,分析了界面剪切刚度的影响.通过在钢与混凝土之间设置假想的剪切薄层,模拟钢-混凝土组合板界面滑移效应,建立考虑滑移效应的组合板分析模型,推导出四边简支矩形组合板在均匀受剪状态下的弹性屈曲方程,并分析了界面剪切滑移刚度对屈曲荷载的影响....     

考虑界面滑移效应的钢-混凝土组合梁新型非线性纤维梁单元模型

目的 提出一种新型的考虑钢-混凝土组合梁界面滑移效应的非线性纤维梁单元理论模型,用于此类结构加载至破坏全过程中弹塑性力学行为的高效分析.方法 根据钢-混凝土组合梁的结构特点,在传统纤维梁单元理论的基础上,引入钢梁与混凝土板之间的相对滑移变形模式,推导出考虑界面非线性滑移效应、钢梁与混凝土板材料非线性行为的新型纤维梁单元...     

界面粗糙度及加固层长度对加固梁的力学性能影响

为研究钢筋混凝土梁加大截面加固后的力学性能,按照不同的界面粗糙度、加固层长度设计制作了部分混凝土加固梁,通过弯曲试验测得其界面滑移量和跨中挠度,并与整浇梁、原梁的弯曲试验结果进行了比较。分析结果表明：加大截面法加固梁能有效提高梁的强度和刚度,但延性有所降低;界面粗糙度是提高梁加固承载力的最重要因素;加固层长度不足会显著降低梁的承载力,并存在突然破坏的风险。     

胶合竹-混凝土组合梁销栓连接性能试验研究

采用植筋螺杆作为连接件,对6组胶合竹-混凝土组合试件进行剪切滑移试验,测得了荷载-滑移曲线、抗剪承载力和抗滑移刚度等基本力学指标,并对不同组合方式进行了分析和比较.研究结果表明:组合试件的主要破坏模式为GluBam在螺杆局部挤胀作用下的纵向开裂和螺杆在胶合竹梁内部产生显著的弯折变形;组合试件的抗剪切性能随着螺杆直径的增大而增强,但提高效应呈递减趋势,选用直径为18mm的螺杆作为连接件较为合理;提高螺杆强度等级对改善组合试件的抗剪切刚度和组合梁的组合效应没有实质性作用;在组合界面设置防水层,对胶合竹梁含水率的影响是暂时的,可以取消.     

贴片加固混凝土梁界面粘结剪应力的分析与计算

以弹性理论为基础,根据贴片加固混凝土梁的截面变形协调条件和静力平衡条件,推导出了任意线性荷载作用下贴片加固梁的界面粘结剪应力及片材端部界面最大粘结剪应力的计算公式,并给出了均布荷载和集中荷载2种情况下的具体表达式.研究结果表明:由于表达式考虑了混凝土梁、粘结胶层和加固片材性能对界面粘结剪应力的影响,因而具有更高的计算精度;采用这些公式可以对不同荷载作用、不同粘结长度和宽度及不同梁截面形式的贴片加固梁片材端部界面最大粘结剪应力进行验算,以防止加固梁片材端部出现界面剥离破坏.     

沥青加铺层温度应力研究(Ⅰ)：力学模型

研究比较了3维有限元模型、平面有限元模型和弹性地基上双层叠合梁模型在分析旧混凝土路面上沥青加铺层温度应力的适用性,指出加铺层路面结构变形视二垂直方向变形之叠加是可行的.由于旧混凝土路面接缝造成的结构间断,加铺层层底应力集中现象明显,收敛较其截面内力(弯矩和轴向力)困难,加铺层受力状况宜用其截面内力表征.调整双层梁的水平剪切变形和竖向拉压变形效应系数,弹性地基上双层叠合梁模型的加铺层截面内力计算结果与2维平面模型的结果具有很好的一致性.     

混合梁结合部格室-承压板协同作用机理

为揭示混合梁结合部格室与承压板协同作用机理,基于弹性连续介质层法,考虑钢与混凝土间滑移效应及承压板对混凝土的局部承压作用,建立了格室-后承压板式混合梁结合部的理论计算方法.并与有限元计算结果进行比较,探讨了结合部传力机理的影响因素.研究结果表明,钢板-混凝土板累计轴向变形的差异是导致最大相对滑移出现在远离承压板一端的主要原因;随着结合部长度的增长,连接件剪力最大值呈先增大后减小至某一固定值的变化趋势;增加连接件刚度不会引起其剪力的大幅增长,增加混凝土轴向刚度或者减小钢格室轴向刚度均可减小连接件剪力.