钢与混凝土组合箱梁剪力滞效应分析

根据钢与混凝土组合箱形结构翘曲位移函数设置的基本原理,选择一系列符合组合箱梁基本翘曲模式的抛物线型翘曲位移函数,以最小势能原理为基础,得到利用变分法分析钢与混凝土组合箱梁剪力滞效应的控制微分方程和边界条件,并推导了典型的简支组合箱梁在跨中集中荷载作用下的解析解.静力分析算例结果证明了选择二次抛物线型为翘曲位移函数的合理性和适用性.将解析解与实测结果和有限元计算结果进行比较,证明了本文方法的有效性.基于能量原理得到的计算公式能够满足工程实际的需要,且计算较为简单.     

单箱三室箱梁的剪力滞翘曲位移模式研究

针对等截面单箱三室箱梁的空间变形特点,并考虑梁纵向平衡所附加的全截面纵向位移．假设4种不同的箱梁剪力滞翘曲位移模式;基于最小势能原理推导出系统的总势能函数,由变分法得到一组带有边界条件的微分方程,据此推导出不同的剪力滞翘曲函数下的剪力滞系数的分布情况;列举算例并借助有限单元法验证各种翘曲位移函数得到的剪力滞系数．最后将本文解与有限元算出的剪力滞系数比较,分析各种剪力滞翘曲位移模式的适用性;并与不考虑梁纵向平衡所附加的全截面纵向位移算出的剪力滞系数进行比较。     

变截面薄壁箱形连续梁考虑大挠度和剪力滞影响的力学分析

为了考察变截面薄壁箱形梁考虑大挠度和剪力滞效应的受力性能,依据势能变分原理,考虑箱梁翼缘正应力的剪力滞效应和结构竖向挠度的几何非线性影响,将5个广义位移函数(竖向挠度、扭转角和3个剪滞翘曲位移)用样条函数展开,使变截面薄壁箱形连续梁的大挠度问题转化为求解非线性代数方程组问题,并采用Newton-Raphon迭代法求解.研究结果表明:要合理地分析薄壁箱形梁的受力状态,应对翼缘板的悬臂板、顶板和底板分别取不同的剪力滞翘曲位移函数进行计算;变截面连续箱梁受力比相应等截面薄壁箱梁的压力更为合理,更能适应连续梁箱梁截面内力沿梁纵向的变化;大挠度对变截面连续梁箱梁内力、位移的影响程度取决于荷载.     

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.     

翼板横向位移对箱梁剪力滞效应的影响

为了揭示翼板横向位移对箱梁剪力滞效应的影响,在箱梁全截面上引入能充分反映剪力滞翘曲特性的中性轴修正系数,选取剪力滞效应引起的附加挠度为广义位移,从翼板剪切变形与附加挠度的几何关系入手,定义了箱梁的翼板横向位移模式,运用能量变分法建立了考虑翼板横向位移影响的箱梁剪力滞效应解析理论.简支和连续箱梁算例分析表明:考虑翼板横向...     

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。     

箱梁剪力滞效应一维有限元模型及评价方法

文章针对相关研究中剪力滞翘曲位移函数物理意义不明确的问题,分析了剪力滞效应引起的箱梁附加挠度以研究箱梁剪力滞效应;将箱梁挠度分为按初等梁计算的挠度与附加挠度2个部分,利用新的箱梁纵向位移函数,通过箱梁的总势能泛函,推导出关于附加挠度和初等梁挠度的微分方程;在将初等梁挠度与附加挠度分离的基础上,建立箱梁的一维离散有限元模型,对比研究了不同剪力滞翘曲位移函数和不同附加挠度形函数对计算结果的影响;提出用总挠度二阶导数和初等梁挠度二阶导数的比值作为剪力滞效应的评价指标,该指标能较真实地反映箱梁的剪力滞效应,且与实体模型截面应力不均匀程度变化规律一致;最后,为了反映在移动荷载下箱梁的应力分布,提出用箱梁的应力包络来评价箱梁的剪力滞效应,这种方法更直观,且容易被工程师所接受。     

常截面悬臂箱形梁负剪力滞效应分析

针对常截面悬臂箱梁在满跨均布荷载下,分别假定翼板纵向位移沿横向按余弦函数分布分布和按三次抛物线分布,采用变分法进行解析,分析剪力滞效应沿常截面悬臂梁梁跨的变化规律.确定了正负剪力滞各自的分布区域,并与有限元分析的结果相比较,结果表明假定翼板纵向位移沿横向按余弦函数分布更加合理.     

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。     

波形钢与混凝土混合多箱室斜拉桥的剪力滞效应

国内外多箱室的波形钢腹板矮塔斜拉桥已建造较多,但是波形钢与混凝土组合腹板的单箱多室的矮塔斜拉桥还很少见,这种新型的组合箱型截面的剪力滞效应有待深入探讨。目前,设计上分析剪力滞效应的常用分析方法多采用平面梁格模型、单梁模型、实体模型等,这些计算模型在分析剪力滞效应的各项应力指标时缺乏精细化,而空间网格分析模型可弥补这些分析方法的缺陷;因此,本文采用空间网格分析方法来探讨分析矮塔斜拉桥剪力滞效应。首先,详述了剪力滞效应的原理、空间网格分析方法及验证波形钢腹板空间网格分析方法的可行性,然后以一座波形钢与混凝土组合腹板的单箱多室的矮塔斜拉桥为典型案例,通过空间网格模型来分析其剪力滞效应。结果表明:此类箱梁的顶板表现出明显的正剪力滞、底板表现出较小的正剪力滞,混凝土腹板处的正剪力滞效应明显大于波形钢腹板处,各个工况的剪力滞系数表现出一定的变化规律。通过案例分析得出了此类钢混组合结构关键截面的剪力滞系数沿横向和纵向的分布规律,可为同类型工程提供参考。同时也由此验证了空间网格分析方法的有效性和准确性,弥补了常规分析手段的不足,为桥梁的精细化设计开拓新的思路和方向。     

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。     

变截面箱梁桥悬臂施工过程剪力滞效应

为了研究剪力滞效应对变截面箱梁桥悬臂施工过程的影响,以某新建(48+80+48)m变截面预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,通过理论分析、数值模拟和现场试验的手段,对变截面箱梁桥悬臂施工过程中的剪力滞效应进行了研究。研究发现：变截面箱梁桥在施工阶段的自重荷载作用下,翼板出现负剪力滞效应,剪力滞效应在固定端最小,且随离固定端距离的增大而增大。在整个施工阶段,0号块截面和1号块截面的剪力滞效应变化规律基本一致,均在箱梁顶板位置出现负剪力滞,箱梁底板位置出现正剪力滞,随着施工的进行,剪力滞效应逐渐减小。梁体的合龙对底板的剪力滞效应影响较明显,其中0号块截面和1号块截面的底板剪力滞出现了由正剪力滞变成负剪力滞的现象。随着施工的进行,0号块截面顶板和腹板交接处的剪力滞系数逐渐增大,在底板和腹板交接处剪力滞系数逐渐减小,1号块梁端截面顶板和腹板交接处、底板和腹板交接处剪力滞系数逐渐减小。     

箱梁剪力滞翘曲位移函数理论推导

为研究箱梁合理的剪力滞翘曲位移函数,根据箱梁翼缘板纵向受力和变形特性,将翼缘板视为纵向平行的具有一定刚度的弹簧所连接的弹性体,建立翼缘板弹簧模型,基于能量变分原理建立了翼缘板平衡微分方程,推导出纵向位移函数为双曲函数与三角函数的线性组合。通过分析确定翘曲位移函数分别为双曲正弦函数、双曲余弦函数、正弦函数3种单一形式,并将3种函数形式代入剪力滞变分方程中,得到3种纵向位移函数的弯曲正应力方程。为验证理论推导的3种函数的合理性,将3种函数形式计算得到的翼缘板正应力与实测值、三次抛物线形式计算值、实体有限元计算值进行比较,并从函数形态分析了不同函数形式对翼缘板应力分布的影响。结果表明:文中方法推导出的函数形式中正弦函数计算值与实测值吻合度较高,与实体有限元计算值也基本吻合。另外,函数的二阶导数与翼缘板应力分布存在正相关性。     

基于多参数翘曲位移函数的箱梁剪力滞和剪切效应分析解析法

用多参数翘曲位移函数考虑箱梁截面底板、顶板、悬臂板剪滞翘曲幅度一般各不相同的影响,计入箱梁剪切变形,导出了箱梁剪滞效应分析的控制微分方程组、边界条件及相应的闭合解。给出了算例结果,表明此方法用于求解薄壁宽箱梁的应力和挠度能大幅度提高计算精度。此方法蜕化后可广泛用于多种常见桥梁结构剪力滞效应的高精度分析。     

增设广义位移下箱梁剪力滞效应的变分法

考虑荷载横向移动时顶板、底板剪力滞效应的不同,及腹板剪力在剪切变形中做功效应的影响,根据以往学者得出的试验效果良好的三次抛物线型,分设不同的纵向位移函数,取4个独立的广义位移对箱梁的剪力滞效应进行分析.由最小势能原理,建立关于不同位移的微分方程及自然边界条件.公式演引过程表明,剪力滞效应与腹板剪切效应独立存在;求解结果表明,所演引的公式更符合实际结构应力及位移分布情况,具有较高的实用价值.     

简支箱梁翘曲位移模式研究

在板壳理论的基础上建立简支梁有限元模型,考察薄壁箱梁在弯曲变形时翼板纵向位移沿横向的不均匀分布。应用回归分析方法,构造剪滞翘曲位移的逼近函数,建立翼板横坐标与翘曲位移之间的相关关系数学模型。借鉴已有的研究成果,逼近函数假定为n(n=1.0,1.1,…,4.0)次幂函数和余弦cos(第一象限)函数形式。用最小二乘法对各种假定逐一拟合,以残差大小作为检验函数逼近程度的指标;当残差平方和最小时,其对应的函数形式也就最符合真实变形。计算结果表明,在承受集中荷载与均布荷载时,翼板(顶板、悬臂板、底板)的剪滞位移沿结构纵向的变化趋势相同,由支座截面向跨中截面逐渐减小;剪滞翘曲位移在顶板近似按二次抛物线变化,在悬臂板近似按半立方(3/2次)抛物线变化。     

考虑扭转与畸变耦联影响的薄壁箱梁翘曲效应分析

为了分析薄壁箱梁在竖向偏载作用下的整体受力性能,考察剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力相对于竖向弯曲应力的放大系数,在充分考虑扭转与畸变耦联影响的基础上,用能量变分法建立了综合反映竖向弯曲变形以及剪力滞、约束扭转、畸变等翘曲变形的控制微分方程.对既有文献中的模型梁及某预应力混凝土简支箱梁在跨中偏载作用下的应力状态进行理论分析.结果表明,按该控制微分方程求得的模型梁应力理论值与实测值吻合良好.跨中截面加载腹板与底板交点处的正应力放大系数达到约1.63,在水平形心轴处腹板的剪应力放大系数达到约2.55.在剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力中,畸变和约束扭转翘曲应力占主导地位,剪力滞翘曲应力占次要地位,但仍不可忽略.     

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.     

薄壁箱梁的弯曲纵向位移函数与剪力流

以薄壁箱梁的弯曲理论为基础,从分析微板剪力流出发,结合弹性理论中求解平面应力问题的假设,推导考虑薄壁箱梁各板面内剪切效应时的弯曲纵向位移函数,同时从理论上导出剪力滞翘曲位移函数。运用能量变分原理及铁木辛柯深梁理论的假设简化并求解考虑各板面内剪切效应的纵向位移函数,并给出数值算例。研究结果表明:按本文推导的考虑各板面内剪切效应的位移函数计算的简支梁跨中截面正应力与实测值及有限元值吻合良好,剪应力与挠度较以往方式求解的结果更为准确,且箱梁挠度及腹板剪应力计算值相对于初等梁的结果均有明显增加,最大增量达到21%。     

城市轻轨箱形梁考虑剪力滞效应的荷载响应

为了研究城市轻轨箱形梁结构荷载响应问题,利用规范规定最不利方式加载,基于能量变分法的最小势能原理推导给出简支边界条件下箱梁截面的剪力滞系数以及挠度的表达式,分别计算二期荷载下箱梁剪力滞系数与竖向挠度,并与ANSYS数值解进行对比.结果表明,二期荷载作用考虑剪力滞效应下箱梁顶板,与本文解相比,跨中剪力滞系数大致相同,竖向挠度不同;与初等梁理论相比,剪力滞效应增大挠度;ANSYS得到结果随着纵向位移逐渐减小,本文解与有限元解大致相同.