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.     

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%。     

梁端约束条件对箱形梁剪力滞效应的影响

为了揭示梁端约束条件对箱形梁剪力滞效应的影响,选取剪力滞效应引起的附加挠度为广义位移,在箱形梁横截面上引入3个翘曲位移修正系数,运用能量变分法建立了关于附加挠度的控制微分方程及边界条件,导出了均布荷载作用下相应于不同梁端约束条件的箱形梁剪力滞系数和附加挠度解析解.结合数值算例,详细分析了梁端约束条件对剪力滞系数和附加挠度的影响.研究结果表明:该研究计算结果与有限元计算结果吻合良好;梁端约束程度越强,剪力滞系数横、纵向分布曲线越陡峭,剪力滞附加挠度纵向分布曲线越平缓;正、负弯矩区的剪力滞系数纵向分布规律与相应的简支箱梁和悬臂箱梁类似;与简支箱梁相比,一端固定另一端简支的箱梁和两端固定的箱梁跨中截面顶板与腹板交汇处的剪力滞系数分别增大了12.86%和25.63%,跨中截面的剪力滞附加挠度分别减小了13.79%和25.60%.     

考虑边界约束影响的薄壁箱梁剪力滞翘曲应力分析

为了更加客观地反映箱形梁剪力滞翘曲应力分布,借助有限元软件建立箱形梁实体模型,计算并绘制横截面翘曲应力分布图.在此基础上,重新定义了箱形梁各板的翘曲位移模式,同时引入反映翘曲应力自平衡和悬臂板边界约束影响的修正系数.选取剪力滞效应引起的附加挠度为广义位移,应用能量变分法建立了以附加挠度为未知量的控制微分方程及边界条件,并导出了简支箱梁和两跨连续箱梁剪力滞附加挠度和翘曲应力的解析解.通过简支箱梁和连续箱梁算例,结合空间有限元翘曲应力计算结果确定边界约束修正系数可采用1.4.算例表明,本文方法计算结果与有限元数值解吻合良好.     

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。     

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。     

基于Timoshenko梁及能量变分原理的薄壁箱梁挠度计算分析

基于Timoshenko梁理论和能量变分原理,对单箱单室混凝土薄壁箱梁的翘曲位移函数进行修正,合理构造考虑各翼板翘曲位移函数幅值关系、横截面轴力平衡以及剪切变形影响的翘曲位移函数,建立了体系总势能函数表达式.利用Euler-Lagrange方程得到了薄壁箱梁剪力滞效应计算理论的微分方程,推导了考虑剪力滞效应影响的简支梁挠度计算公式.结合ABAQUS有限元数值模型算例,对比分析了简支梁在不同荷载工况下挠度沿梁轴向的分布规律.结果表明:针对不同荷载工况下的单箱单室薄壁简支箱梁,文中提出的挠度计算公式的结果与ABAQUS有限元数值吻合较好.同时选取目前工程应用较为广泛的一般梁挠度简化计算方法进行对比分析.由于此类简化计算方法忽略了剪力滞效应存在而产生的附加挠度,导致误差较大,最高达到32.06%,误差范围为21.39%~32.06%.文中所提出的挠度计算方法的结果与有限元数值模拟的结果吻合良好,能较好地反映结构在外荷载作用下的变形规律,且不受加载工况影响,从而验证了文中挠度计算方法的正确性及适用性.     

双层均布荷载作用下混凝土悬臂箱梁抗弯性能试验研究

对大比例混凝土悬臂箱梁在弹性范围内的抗弯性能进行试验研究与分析,重点研究该混凝土悬臂箱梁的悬臂部分在双层均布荷载或单层均布荷载作用下,其荷载-挠度曲线、顶板纵向应变的横向分布情况以及顶板剪力滞系数的横向分布情况.研究结果表明：双层均布荷载或单层均布荷载作用下,支座截面处存在正剪力滞现象,离支座1/2悬臂长度截面处存在负剪力滞现象;荷载量级的增加对剪力滞系数没有影响;该混凝土悬臂箱梁在顶板均布加载作用下产生的剪力滞效应相对于其在顶板、底板同时均布加载作用下产生的剪力滞效应较为明显.     

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。     

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.     

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.     

一种连续箱梁的高精度解析计算方法

以能量变分原理为基础,综合考虑箱梁满足轴力自平衡的剪力滞和剪切变形等多重因素的影响,推导连续箱梁的控制微分方程及自然边界条件,获得集中荷载和均布荷载作用下的连续箱梁解析解。通过算例将本文解析计算结果与ANSYS有限元计算结果进行比较。研究结果表明:两者计算结果吻合良好,证明本文计算方法正确,本文构造的位移函数是正确和可靠的。所得公式比以往箱形箱梁剪力滞计算理论有一定发展,由于剪力滞效应的影响,薄壁连续箱梁截面形心应力不再为0 Pa;箱梁顶板及底板的应变曲线不为直线,而是顶板中心、底板中心及悬臂板边缘滞后的曲线。     

承受均布荷载作用的悬臂箱梁剪滞效应对挠度影响分析

由于混凝土薄壁箱梁有自重小、跨度大和截面抗扭刚度较大等特点而被广泛应用于我国现代化铁路桥梁建设事业.因为我国西部山区地形复杂,所以悬臂箱梁成为广泛采用的桥梁形式.因此,为了研究混凝土悬臂箱承受荷载作用剪力滞效应对竖向变形的影响,本论述采用ANSYS有限元软件建立等截面悬臂箱箱梁数值型并施加满跨均布荷载作用悬臂梁,利用ANSYS数值模拟分析悬臂箱梁剪力滞效应对竖向挠度的影响并与初等梁理论对比.结论表明:悬臂箱梁剪力滞效应对竖向变形影响明显,尤其在自由端位置;考虑箱梁剪力滞效应后的变形比不考虑的情况计算的结果大,工程中应对悬臂箱梁剪力滞效应给予重视.     

箱梁剪力滞效应分析的梁条方法及模型

为简化剪力滞效应的计算,将箱梁沿纵向离散为若干根带有附加约束荷载的平行梁条.基于刚度等效和相邻梁条间的变形协调条件,获得了各梁条的约束等效荷载.基于梁单元理论和整体结构的边界条件,分别计算箱梁对应位置梁条的弯曲效应,从而得到箱梁全截面的应力分布.通过与有机玻璃试验模型和数值解的比较,分析了梁条模型的精度.研究表明,梁条模型的应力及竖向挠度值与试验值总体接近,变化规律与数值模型解吻合;试验箱梁的梁条应力值与板壳值最大相差9.84%,梁条模型的腹板竖向挠度较板壳值大7.53%;集中荷载以及均布荷载作用下铁路双室箱梁的梁条应力值以及挠度值分别与实体单元值最大相差10.42%、9.2%;梁条模型的计算结果偏于安全,可以计算箱梁的弯曲效应.     

曲线箱梁剪力滞效应及其影响因素

为研究曲线箱梁的剪力滞效应,以薄壁曲梁的理论位移为基础,利用箱梁剪力滞分析的纵向位移函数,同时考虑弯扭耦合作用、曲率半径沿梁宽的变化和荷载横向分布等因素的影响,应用变分法推导了曲线箱梁剪力滞效应的弹性控制微分方程.不同荷载作用下结构反应的分析表明,依据该方法所得结果与实验值吻合较好,进一步验证了曲率半径和中心角对曲线箱梁的剪力滞效应的重要影响.     

薄壁箱梁剪力滞效应数值计算

运用有限元方法,采用板壳单元——Shell 63单元,对薄壁直线箱梁和薄壁曲线箱粱剪力滞效应分别进行了数值计算．将直线箱梁剪力滞效应的数值计算结果与变分法理论计算值及模型试验值进行了对比,三者吻合较好。验证了本研究数值方法的正确性．在有限元理论的基础上,进一步计算了曲线箱梁在静力荷载作用下的挠度、应力、应变及剪力滞系数值,分析了曲率半径等因素对曲线箱梁剪力滞效应的影响．计算结果表明,曲率半径对曲线箱梁的剪力滞效应影响较大．与直线箱梁相比,截面相同位置处的剪力滞系数随曲率半径的减小而增大,增幅远超过5％以上．因此在曲线箱梁的设计中应对曲率半径加以考虑．     

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.     

不同荷载形式对箱梁剪力滞的影响

剪切变形使得箱梁的翼板中出现应力不均匀现象。本文以最小势能原理为基础,建立薄壁箱梁翘曲剪力滞的控制微分方程,推导并讨论了集中荷载、均布荷载对简支单箱单室箱梁剪力滞的影响。总结出考虑剪力滞效应后弯曲法向应力的变化规律,对集中、均布荷载作用下的影响进行分析并得出了一些结论。     

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...     

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。