波形钢腹板组合连续箱梁有效翼缘宽度计算初探

针对目前规范中缺少有关波形钢腹板组合连续梁桥有效翼缘宽度的相关规定,提出一种翼缘有效宽度计算方法,以某大跨度波形钢腹板预应力混凝土组合连续箱梁桥为背景,对其有效翼缘宽度计算进行初步研究,研究结果表明:在自重和集中荷载作用下,跨中混凝上内衬边缘的剪力滞效应显著,翼缘板的有效翼缘宽度系数分别达到0.87和0.7左右,其它部位剪力滞效应不明显;而预应力荷载作用下,波形钢腹板组合连续箱梁的各截面处的剪力滞效应均不明显,可以忽略不计,最后通过有限元计算结果与国内外规范对比发现,波形钢腹板箱梁跨中部分有效翼缘宽度与混凝土箱梁基本一致,设计计算时可参照普通混凝土箱梁;内衬边缘截面的剪力滞效应介于普通混凝土箱梁与钢箱梁之间,其有效翼缘宽度的计算也应介于二者之间。     

简支组合桁架的翼缘有效宽度研究

钢-混凝土组合桁架在竖向荷载作用下,翼缘板中存在剪力滞后现象,设计中普遍采用翼缘有效宽度的概念。文章针对组合桁架简支组合梁体系,采用非线性有限元方法,探讨了宽跨比、跨高比、荷载类型、剪力连接程度和混凝土板厚度等参数变化对翼缘有效宽度的影响。并对均布荷载作用下的简支组合桁架的翼缘有效宽度的影响参数做了敏感性分析,提出弹性状态下组合桁架有效宽度的简化公式。     

混凝土薄壁连续箱梁剪力滞效应试验研究

对大比例长悬臂梯形截面混凝土薄壁连续箱梁在弹性范围内的剪力滞效应进行试验研究与分析,并研究在各级荷载作用下,中间支座和跨中截面荷载一挠度曲线以及翼缘混凝土应变分布规律等。考虑翼缘弯曲正应力沿宽度方向和厚度方向的不均匀性,给出翼缘等效宽度计算系数公式;根据试验结果,得到连续箱梁中间支座和跨中截面翼缘等效宽度计算系数,并和现行JTGD62-2004规范中翼缘等效宽度计算系数计算结果进行比较。研究结果表明：混凝土薄壁连续箱梁无论在中间支座处,还是在跨中截面均存在正剪力滞现象：规范连续箱梁翼缘等效计算系数公式偏于安全。     

考虑荷载类型及结构参数的轨道交通U形梁剪力滞效应

针对U形梁属于开口构件,其剪力滞效应不能直接套用成熟的闭口箱梁剪力滞效应的计算方法,研究了轨道交通U形简支梁的剪力滞效应。以青岛某地铁为背景,分别建立空间实体有限元模型和平面杆系模型。研究了3种不同类型荷载作用下U形梁剪力滞效应的纵横向分布规律;分析了4种结构参数变化下U形梁的剪力滞系数变化情况;计算了U形梁的有效宽度并与中国现行规范比较。研究结果表明：列车荷载是影响U形梁剪力滞系数纵向分布的主要因素,列车车轮作用位置处剪力滞效应明显;在一期恒载和二期恒载分别作用下均呈现出简支梁跨中区段剪力滞效应较小,支座区段剪力滞效应明显的规律。在剪力滞效应的横向分布中,3种荷载分别作用下U形梁道床板处的剪力滞效应均较腹板位置处明显。影响U形梁剪力滞效应增大的主要结构因素是梁高和底板宽度,其中梁高的影响显著,增加底板厚度能有效降低U形梁的剪力滞系数,而改变腹板厚度对剪力滞系数的影响甚微。目前中国规范为考虑桥梁剪力滞效应而采用的箱梁有效宽度计算不适用轨道交通U形梁,在考虑荷载类型和结构参数影响的基础上,建立的U形梁有效宽度修正计算公式与有限元模拟结果吻合良好。研究成果可为实际工程中U形梁的应力计算与钢...     

偏载作用下组合箱梁桥波形钢腹板的屈曲研究

通过建立大量的波形钢腹板预应力混凝土组合箱梁桥空间有限元模型,计算和分析钢腹板尺寸参数的变化对弯－扭耦合作用下箱梁钢腹板屈曲临界荷载系数及屈曲模态的影响规律。计算及分析结果表明：跨中偏载作用下,波形钢腹板的屈曲总是发生在跨中偏载一侧的腹板上;当只有箱梁的高跨比变化或当只有波形钢腹板的厚度变化时,在不同的折叠角度范围内,其腹板抗屈曲能力的变化幅度不同,但当折叠角度一定时,则腹板抗屈曲能力或箱梁抗扭能力的变化幅度基本相同;当只有腹板折叠角度变化时,在不同箱梁高跨比范围内,其箱梁抗扭能力的变化幅度也不同。     

集中荷载和均布荷载下T形简支梁不同截面的剪力滞效应

对有机玻璃T形简支梁进行两点集中加载和均布加载,研究T形简支梁不同截面的剪力滞效应,分析正、负剪力滞的产生原因和传递机理.试验结果表明:T形简支梁支座位置存在明显的负剪力滞效应,且随着荷载的增加,负剪力滞效应增强,远离支座截面则为明显的正剪力滞现象,有效翼缘宽度为正;集中荷载作用时,剪力滞效应随着荷载的增加而逐渐减弱,均布荷载作用时,剪力滞效应随着荷载的增加先逐渐增强,后逐渐减弱;剪力滞效应主要集中在腹板对应的翼板处,向两侧逐渐减弱,且不可简单地根据剪力滞系数推断剪力滞效应的正负.     

变截面波形钢腹板组合梁剪力滞效应

为了求解变截面波形钢腹板组合梁截面的剪力滞效应,研究了剪力滞翘曲位移函数模式,证明了按二次抛物线定义翘曲位移函数具有较高的求解精度。基于最小势能原理,利用变分法,推导了等截面波形钢腹板组合梁截面的翘曲位移函数的计算公式;在此基础上,运用差分法,进一步推导了变截面波形钢腹板组合梁截面的翘曲位移函数、附加弯矩、挠度以及剪力滞系数的递推计算公式。研究结果表明:按二次抛物线形式定义广义纵向位移函数对于变截面波形钢腹板组合梁同样可行;宽跨比是个敏感参数,差分法可用于求解任意荷载、任意边界条件下的变截面波形钢腹板组合梁截面的剪力滞系数。最后利用工程实例实测结果和有限元计算结果加以验证,3种方法所得结果吻合。     

钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算

为了研究钢桁腹式混凝土组合箱梁的挠度计算方法和影响其挠度变化的因素,将钢桁腹杆换算为具有等效厚度的换算钢腹板,对悬臂板纵向位移函数进行修正,再利用变分法原理推导综合考虑腹杆剪切变形和剪力滞效应的挠度计算公式.运用有限元软件ANSYS建立组合箱梁的有限元模型,对有限元数值计算值和理论计算值进行比较分析,并在此基础上研究高跨比和腹杆水平倾角对组合箱梁由腹杆剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度的影响.研究结果表明:对组合箱梁悬臂板纵向位移函数进行修正可提高挠度计算精度;对于处于合理高跨比的组合箱梁而言,其腹杆的剪切变形和剪力滞效应产生的附加挠度不可忽略;组合箱梁腹杆水平倾角仅会对腹杆剪切变形引起的附加挠度产生影响.     

基于广义位移的波形钢腹板组合箱梁有限梁段分析方法

为准确分析腹板手风琴效应、剪切变形与翼板剪力滞效应对波形钢腹板组合箱梁挠曲变形及应力的影响,利用截面变形连续条件建立了综合考虑腹板手风琴效应、剪切变形与剪力滞效应的挠曲位移模式.通过引入广义剪切位移和剪力滞位移,将该挠曲变形状态解耦为拟平截面的Euler梁挠曲、广义剪切变形引起的挠曲以及剪力滞效应引起的挠曲3种状态.依据广义位移与转角的关系,选用Hermite多项式作为位移形函数,推导出广义位移的单元刚度矩阵,提出了适合该组合箱梁的梁段分析方法.数值算例结果表明,基于该方法得到的应力及变形与三维空间有限元结果吻合良好.广义剪切变形对梁的挠曲变形与应力存在较大影响,集中荷载作用或中支点截面附近的应力放大系数甚至超过2.0.     

波形钢腹板斜拉桥主梁剪力滞效应研究

以某波形钢腹板斜拉桥为工程背景,建立实体有限元模型及杆系模型,在有限元计算分析的基础上,对主要施工阶段及成桥阶段关键截面的剪力滞进行分析。通过分析发现:主梁施工过程中剪力滞效应较明显,其中斜拉索锚固区的剪力滞系数最大,内腹板的剪力滞系数大于中腹板及外腹板的剪力滞系数;与施工过程相比,成桥阶段的剪力滞效应不太明显且底板剪力滞效应弱于顶板。针对主梁剪力滞效应的特点,应充分考虑该类主梁剪力滞效应的影响,建议在运用杆系分析程序对该类型箱梁总体设计时,应考虑设置剪力滞效应的影响,尤其是集中荷载作用位置。     

波形钢腹板的剪力滞效应有限元分析

结合实际工程,采用空间有限元法分析了波形钢腹板组合箱粱的剪力滞效应。在分析中考虑集中力和均布力两种典型工况,计算了不同截面位置的剪力滞效应系数。分析结果表明,集中力作用下箱梁的剪力滞系数均大于均布力作用,跨中剪力滞系数和应力值均较大,设计中应给予相应重视。数值根据分析结果对类似桥梁工程设计具有一定指导作用。     

单轴对称截面压杆考虑剪力滞效应的临界荷载

以单轴对称工字截面压杆为对象,针对截面几何尺寸不同的上、下翼缘分别设定相应的剪滞翘曲函数,利用能量变分原理并结合微分方程组降阶法,推导了单轴对称截面压杆考虑剪力滞效应的临界荷载的闭合解,由此考察了欧拉临界荷载公式的可靠性和适用条件.结果表明,欧拉公式高估了薄壁压杆的临界荷载;翼缘惯性矩与全截面惯性矩之比和跨宽比对临界荷载有一定影响,其中后者的影响更明显;欧拉临界荷载公式只适用于跨宽比较大的压杆.     

波形钢腹板PC组合箱梁的扭转振动特性

根据波形钢腹板PC组合箱梁的特性,运用Hamilton原理推导了波形钢腹板PC组合箱梁考虑剪切变形时的扭转振动频率计算公式.以5.2 m波形钢腹板试验梁为对象进行了模态试验,并利用有限元软件ANSYS建立波形钢腹板PC组合箱梁的模型进行模态分析.通过对试验梁模态试验的扭转振动频率的实测值、理论计算值以及有限元分析数据进行对比分析,证明了理论公式推导的正确性,论证了有限元模型的适用性,并通过分析得出剪切变形对波形钢腹板PC组合箱梁的扭转振动性能有较大影响.文中还利用参数分析的方法,分析波形钢腹板厚度以及波折角对该组合箱梁的扭转振动频率的影响,结果表明:随着钢腹板厚度的增加,波形钢腹板PC组合箱梁的扭转振动频率相应增大;随着钢腹板波折角的增大,波形钢腹板PC组合箱梁的扭转振动频率有所减小.     

小半径单箱双室曲线桥梁翼缘有效宽度的研究

针对小半径单箱双室曲线梁桥的剪力滞效应以及选取其翼缘有效宽度的问题,文章依托实际工程,采用有限元软件ABAQUS建立某曲线梁桥的空间有限元模型,分析了荷载为重力、汽车荷载等共同作用下结构的变形和内力,研究不同曲率半径下,剪力滞效应及其对小半径曲线梁桥翼缘有效宽度取值的影响。结果表明:对于单箱双室箱形截面,不同半径作用下,中腹板对应的有效宽度都小于两侧宽度;相比直线桥而言,对于不同的曲率半径,内腹板对应的有效宽度大于外侧腹板;随着曲率半径的减小,各个腹板对应的有效宽度的差值也越来越大。故在确定小半径单箱双室曲线梁桥翼缘有效宽度时,可以在现行桥梁设计规范的计算宽度基础上乘以修正系数。     

多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流计算及截面参数分析

基于薄壁杆件结构理论,推导出多室薄壁箱梁腹板弯曲剪力流的计算公式,将其应用于钢箱梁剪力流的计算,并与有限元分析结果及已有文献中的计算结果相比较,同时分析了有无悬臂板、悬臂板厚度、梁高、腹板厚度、底板厚度和箱室宽度对腹板剪力流分配的影响。结果表明,所推导的公式具有较高的精度;腹板厚度、悬臂板厚度及箱室宽度为多室薄壁箱梁腹板剪力流分配比的主要敏感参数,梁高与底板厚度为次要敏感参数;在桥梁结构受力分析中,为简化计算而不考虑悬臂板,会降低边腹板的荷载分配比,导致横隔梁的设计安全系数下降。     

波形钢腹板箱梁剪切屈曲特性

研究了波形钢腹板箱梁的剪切屈曲特性。基于有限元数值模拟结合相关屈曲理论的方法,计算了波形钢腹板的临界屈曲应力,并与相应理论公式计算所得的各类屈曲应力结果进行对比。同时,改变波形钢腹板的主要几何参数尺寸,研究各种几何参数对波形钢腹板箱梁剪切屈曲性能的影响。研究结果表明:波形钢腹板箱梁的临界屈曲应力与波高基本无关;波形钢腹板的直板段水平长度不应设置过大,以防止结构发生局部屈曲失稳;适当增大波形钢腹板的水平折叠角可以有效防止结构发生整体屈曲失稳;增大腹板厚度可以有效提高结构的抗屈曲性能,特别是抵抗局部屈曲失稳的能力;腹板高度过高时结构容易发生整体屈曲失稳。     

混凝土薄壁箱梁剪力滞效应的空间分析

通过对预应力混凝土薄壁箱梁剪力滞效应的理论分析,重点阐述了有限元法理论在剪力滞分析中应用,介绍了规范考虑剪力滞效应的有效分布宽度方法.利用一实际混凝土箱梁桥进行有限元建模计算,对于箱梁在受到不同荷载作用时表现的剪力滞效应进行了分析,指出箱梁在对称荷载作用情况下仍然表现出剪力滞效应.通过箱梁有限元模型计算指出了初等梁理论...     

拱结构在径向均布荷载下面内稳定的几何非线性分析

薄壁拱结构作为受压为主的结构体系,其稳定性问题是在结构分析中需要重点考虑的因素之一。基于能量泛函变分原理,研究了薄壁拱结构在径向均布荷载下考虑剪力滞效应和几何非线性的稳定临界荷载,分析了薄壁拱结构临界荷载的影响因素。结果表明,几何非线性对拱的临界荷载影响很小,可忽略不计;剪力滞的影响则取决于拱的几何参数;其中,拱轴弧长和拱截面翼缘宽度是主要的影响因素,特别是拱轴弧长较小和翼缘宽度较大时,必须考虑剪力滞对稳定性影响。     

节段拼装变截面波形钢腹板连续组合箱梁的剪切性能试验研究

为了研究节段预制拼装波形钢腹板连续组合箱梁的抗剪性能,制作两片缩尺试验梁,包括节段拼装变截面波形钢腹板连续箱梁和相同尺寸的整体浇筑变截面波形钢腹板连续箱梁. 通过静力试验和数值分析,得到了节段拼装梁的剪应力分布规律、波形钢腹板承剪比例等. 结果表明：在中跨对称加载作用下,中跨1/4位置处节段拼装梁与整体梁波形钢腹板的剪应力沿梁高方向均匀分布,节段拼装梁的剪应力值要大于整体梁的相应值. 推导出节段拼装变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算公式,并考虑施工工艺对剪应力的影响,通过与实测值对比验证公式的准确性. 两片试验梁的波形钢腹板的承剪比受荷载影响较小,保持一个恒定的比例;两片试验梁在中支座位置处的钢腹板承剪比均为50%,并沿着试验梁纵向方向向两侧不断增大;在中跨1/4位置,节段拼装梁钢腹板的承剪比达到85%以上,整体梁的钢腹板在该位置的承剪比在75%左右,两片试验梁在边跨相应位置承剪比相差不大. 将适用于节段拼装混凝土箱梁的AASHTO接缝抗剪强度计算公式乘0.9可用于接缝截面抗剪承载力计算;上述公式值与试验值、有限元结果的误差在5%左右,可以较好地预测钢混组合结构胶接缝的抗剪强度.     

框架效应对预应力混凝土箱梁桥顶板横向预应力储备的影响分析

基于数值模拟研究了预应力混凝土箱梁桥三种不同横向预应力筋布置方式的预应力框架效应影响、横隔板设置、箱梁参数对顶板横向有效预应力的影响,并与现场测试结果进行了对比,表明了数值模拟方法的有效性,选取预应力混凝土箱梁桥高跨比、宽跨比、腹板与底板厚度之比等关键参数,进行实桥参数敏感性分析.表明预应力混凝土箱梁桥墩顶外由于横隔梁刚度大,在其5m左右范围内横向框架效应影响显著,应按非预应力混凝土设计预防顶板纵向裂缝产生,在跨中设计的横隔板附近应增加纵向抗裂钢筋;增加宽跨比、底板与腹板厚度之比、腹板与顶板宽度之比以及减少高跨比有利于保证预应力混凝土顶板横向有效预应力.