变截面波形钢腹板弹性整体 屈曲计算及几何参数分析

为研究变截面波形钢腹板的抗剪性能,首先,在正交异性板理论和薄板小挠度理论的基础上,运用伽辽金法对波形钢腹板弹性整体剪切屈曲强度的计算公式进行推导;其次,将推导公式计算值与ANSYS有限元计算值及规范公式计算值进行对比分析,并将公式推导值与文献试验值进行对比;最后,运用有限元法研究不同波纹型号、腹板厚度和梁高变化形式对变截面波形钢腹板弹性剪切屈曲性能的影响规律.结果表明:推导公式计算值与有限元值试验值吻合良好,规范公式由于忽略了扭转刚度Dxy对波形钢腹板整体剪切屈曲强度的贡献,规范值计算偏于保守;随着波纹尺寸的增加,剪切屈曲强度总体呈先增大后减小的趋势,其中1600型波形钢腹板的抗剪性能达到最大;随着腹板厚度的增加,剪切屈曲强度逐渐增大;变截面波形钢腹板的剪切屈曲强度大于等截面波形钢腹板的抗剪强度,并且随着梁底与水平方向的夹角β的增大,变截面波形钢腹板剪切屈曲强度增加.所得结论可为变截面波形钢腹板的抗剪设计提供参考依据.     

波形钢腹板混凝土组合梁挠度计算的初参数法

为准确计算波形钢腹板混凝土组合梁的挠度,推导了考虑剪切变形影响的波形钢腹板混凝土组合梁的挠曲线初参数方程.首先分析了波形钢腹板混凝土组合梁截面上剪应力的分布特点,得到了腹板剪应力的简化计算公式;然后推导了其挠曲线的初参数方程,提出了组合梁挠度的计算方法,进而对承受跨中集中荷载、两点对称荷载和均布荷载等3种典型荷载作用下的波形钢腹板混凝土组合梁的挠度进行分析,并将其结果与试验实测值、有限元结果进行比较,验证了文中理论方法的准确性和适用性;最后利用文中理论方法和有限元方法分析了跨高比和宽高比对波形钢腹板混凝土组合梁剪切变形的影响,并给出了波形钢腹板混凝土组合梁挠度计算是否需要考虑剪切变形影响的跨高比界限建议值.     

波形钢腹板的设计方法

针对大跨径波形钢腹板PC组合箱梁结构中的波形钢腹板的失稳破坏形式,分别对波形钢腹板的剪应力、局部屈曲强度、整体屈曲强度以及合成屈曲强度进行了计算,绘制出了波形钢腹板局部剪切屈曲界限图和整体剪切屈曲界限图,给出了波形钢腹板的一般设计方法和步骤,并将世界上已建的部分波形钢腹板PC组合箱梁桥的波形钢板的设计资料进行了归纳整理.验证结果表明,剪切屈曲界限图可用于波形钢腹板的参数设计,山东鄄城黄河大桥控制参数均位于适用范围内,为波形钢腹板的设计提供了依据.     

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.     

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。     

体外预应力对波形钢腹板箱梁自振频率的影响分析

为了研究体外预应力对波形钢腹板箱梁动力特性的影响,推导了波形钢腹板箱梁在体外预应力作用下的自振频率计算公式.以5.2 m缩尺波形钢腹板试验梁为对象,利用有限元软件ANSYS建立了预应力波形钢腹板箱梁的模型,对其进行了模态分析.通过对试验梁模态试验的自振频率测试数据与理论计算值以及有限元分析数据进行对比,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.采用理论计算和有限元数值计算相结合的方法,研究了体外预应力钢束拉力、锚固位置以及截面积对波形钢腹板自振频率的影响.研究结果表明:三者对波形钢腹板箱梁自振频率的影响均较小,在实际工程中可以忽略体外预应力对波形钢腹板箱梁动力特性的影响.     

钢腹板-混凝土组合箱梁试验研究与有限元分析

进行波形钢腹板-混凝土组合箱梁和平钢腹板-混凝土组合箱梁的模型试验.提出模拟钢腹板-混凝土组合结构的有限元方法,并在大型通用程序ANSYS中实现.有限元计算结果得到了模型梁试验结果的验证,可用于钢腹板-混凝土组合结构的数值分析.试验与数值分析结果表明,两种组合箱梁的总体受力在弹性阶段和弹塑性阶段相似.相对于平钢腹板-混凝土组合箱梁,波形钢腹板-混凝土组合箱梁由于波形钢腹板的折迭效应,其抗变形能力和抗裂性能较相对较弱,但抗剪性能和抗屈曲能力较好.在破坏模式上,波形钢腹板-混凝土组合箱梁属于整体破坏,平钢腹板-混凝土组合箱梁属于平钢腹板局部屈曲破坏,其极限承载力小于波形钢腹板-混凝土组合箱梁.平钢腹板刚度小,在实际工程应用过程中应进行加劲,以防止局部屈曲破坏早于整体破坏的发生,同时也有利于避免施工过程的局部变形.     

波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率分析与试验研究

为精确计算波形钢腹板PC连续箱梁桥的自振频率,在综合考虑箱梁剪力滞效应、波形钢腹板剪切模量修正及其剪切变形的影响下,综合运用能量变分法与Hamilton原理,推导获得该桥型自由弯曲振动的控制微分方程。在给定的自然边界条件下,运用分段联立法求得波形钢腹板PC两跨连续箱梁桥自由弯曲振动频率的计算公式。制作了两跨等截面模型试验梁,采用DHDAS动态信号测试分析系统对其动力特性进行实测,并运用ANSYS有限元软件对试验梁的动力特性进行分析。运用所得计算公式求得试验梁的自由弯曲振动频率,将其与实测值及有限元分析结果进行对比,三者吻合良好,验证计算公式的可靠性。最后采用理论公式和有限元仿真对波形钢腹板PC连续箱梁桥自振频率的影响参数进行分析。研究结果表明:波形钢腹板的剪切变形对其自由弯曲振动频率的影响较大,而横隔板数量对其扭转振动频率的影响较大,本文所得结论可为同类桥梁自振频率的分析与计算提供依据。     

波纹腹板H型钢梁抗剪承载力

建立波纹腹板H型钢梁的受力模型,按照板的稳定理论分别给出了波纹腹板局部屈曲和整体屈曲的抗剪承载力理论公式,并设计4根构件进行了试验及有限元数值模拟分析,研究了不同的波纹尺寸、腹板厚度等因素对构件承载力的影响.试验结果表明:若波纹尺寸设计得当,腹板剪切强度可以达到甚至超过钢材的剪切屈服强度,而有限元方法能够有效预测构件承载力和破坏模式.最后结合理论分析和试验研究提出了波纹腹板H型钢的设计建议.     

开圆孔波纹腹板钢梁弹性抗剪屈曲

进行了开有圆孔的波纹腹板钢梁腹板的弹性抗剪屈曲研究.建立了有限元模型,通过特征值屈曲分析得到弹性屈曲荷载.探讨了开孔腹板弹性屈曲应力与孔径大小、腹板高度、腹板厚度、开孔的横向偏心以及纵向偏心的关系.在已有的未开孔波纹腹板受剪屈曲承载力计算公式的基础上,通过大量的有限元数值计算,分析了各参数的影响,以折减系数的形式得到开孔后的弹性抗剪屈曲承载力计算公式.     

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.     

变截面波形钢腹板箱梁剪应力计算理论

在平截面假定和无相对滑移等条件下,基于弹性梁段微元给出了变宽变高波形钢腹板截面剪应力计算理论,认为剪力、弯矩和轴力均会产生剪应力,并且后两者仅仅在变截面产生剪应力.建立了有限元模型,并将传统计算理论和该计算理论与有限元计算结果进行对比,验证了该计算理论的可靠性.     

折腹式组合梁桥考虑剪切变形的挠度计算

提出考虑剪切变形的弹性弯曲理论分析折腹式组合梁桥.通过假定位移场,建立内力平衡方程、变形协调条件以及物理方程,依据边界条件和荷载工况求出解析解.以折腹式I型和箱型梁为算例,将该理论结果和有限元计算及试验结果进行比较,验证其妥当性.基于该理论得出跨中挠度简化计算式,给出考虑剪切变形影响与否的高跨比界限.     

部分波形钢腹板预应力连续组合梁性能分析

针对预应力钢-混凝土连续组合梁负弯矩区混凝土板预应力效率低、钢腹板易发生局部屈曲等问题,提出了在负弯矩区梁段采用波形钢腹板代替平面钢腹板的混合设计方法.采用理论计算和有限元分析方法,对部分波形钢腹板预应力连续组合梁的受力和变形性能进行分析,并与传统的预应力连续组合梁对比.研究结果表明,混合设计方法充分利用波形钢腹板轴向刚度低、抗屈曲能力强的特点,显著提高连续组合梁负弯矩区混凝土板的预应力效率和开裂荷载,尤其适用于大、中跨径的预应力连续组合梁结构.     

应用二维折迭联结单元的波形钢腹板PC梁分析

通过考虑波形钢腹板的折迭效应,提出应用二维折迭联结单元来近似模拟其三维折迭效应的计算方法,建立了简单的二维有限元模型.并应用该方法计算了两个不同比例尺寸的波形钢腹板预应力混凝土试验梁,通过对计算结果与试验结果的比较,证实了这种方法的可行性.应用提出的计算模型,对波形钢腹板PC梁的截面应力、波形钢腹板的受力性能、横向加劲对受力的影响等进行了分析.     

二次曲线作为Mohr包线时的地基塑性区

基于Mohr强度理论和三轴试验结果,建立了Mohr破坏包线的二次型形式.与直线型Mohr-Coulomb准则相比,该破坏模型能反映土体抗剪强度增长随正应力增加逐渐趋缓的特点.在此基础上,基于弹性理论并且抛弃K＝1的假设导出了求解塑性区的方程,与塑性区的几何方程一起构成可以求解的方程组.算例分析结果表明,由本法确定的结果有以下特点:临塑荷载较小且塑性区的形状和发展趋势也不同于传统法得出的结论.     

波形钢腹板组合箱梁桥动力特性有限元分析与荷载试验

采用ANSYS建立了波纹钢腹板混凝土箱粱的空间有限元模型,并通过与波纹钢腹板混凝土试验箱梁实测值的对比,验证了有限元模型的适用性.     

波形钢腹板箱梁畸变应力分析

在箱梁理论的基础上,根据波形钢腹板箱梁的力学特性,对波形钢腹板箱梁由畸变引起的翘曲正应力进行了研究.考虑到波形钢腹板具有褶皱效应,把波形钢腹板看作正交异性板,利用波形钢腹板箱梁中各板元平面力系的平衡关系,推导出波形钢腹板箱梁的畸变控制微分方程.采用弹性地基梁法解出波形钢腹板箱梁的畸变角和畸变双力矩,最终得到纵向畸变正应...     

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。