混凝土箱梁热—力耦合模型及剪力滞时变效应

为了研究混凝土箱梁墩顶块翼缘板早期裂缝机理,采用热-力耦合方法,建立了混凝土箱梁水化热温效剪力滞耦合模型,提出了广义剪力滞概念,以混合网格对混凝土箱梁墩顶块进行分层网分。计算了剪力滞随水化热温度荷载变化的全过程,分析了水化热温效剪力滞时变效应规律,并将计算值与试验数据进行了比较。结果表明:水化热温度所产生的剪力滞效应为负剪力滞,其程度与水化热温差峰值相关,降低水化热温差峰值,可有效降低水化热负剪力滞效应;翼缘板边缘拉应力峰值出现的时间滞后于温度峰值时间约40h。因此,水化热—力耦合模型能有效地模拟混凝土箱梁墩顶块水化热剪力滞效应,估计翼缘板拉应力峰值出现的时间,及时采取措施进行控制,防止开裂。     

预应力损失对T梁翼缘板开裂位置影响研究

针对预应力损失造成的T梁翼缘板开裂问题,以福建某T梁桥为依托工程,借鉴嵌入式预应力混凝土组合单元模型的概念建立Ansys实体模型,考虑预应力损失20%,分析预应力损失对翼缘板截面上各关键点处的应力状态的影响.研究表明,T梁翼缘板与腹板交接附近位置应力较大,且预应力损失后,T梁翼缘板与腹板交接处应力增加明显,因此桥梁运营过程中,在超载等不利因素作用下更容易造成该位置的混凝土主拉应力过大,引起开裂.     

悬臂箱型梁的负剪力滞效应

本文对悬臂箱型梁的剪力滞后与负剪力滞后现象,应用变分法与平面有限元法进行了分析,并探讨悬臂箱型梁对称弯曲时,翼板中存在的复杂应力分布规律.这里,着重对负剪力滞效应作了深入的探讨,同时通过有机玻璃的模型试验,证实了理论分析的正确性.本文的分析不仅使工程设计者对悬臂式结构的弯曲受力有一清晰的认识,并且对预应力混凝土力筋的布置与根数的决定也可提供参考依据.     

大悬臂变截面箱梁剪力滞效应分析

研究薄壁箱梁的外侧翼反悬臂大小对剪力滞分布的影响 ,考虑对于形梁的内外侧翼缘板 ,采用不同的修正系数 ,对大悬臂箱形梁的截面正应力曲线提出修正 ,在算例中与传统方法进行分析比较 ,探讨不同的悬臂板长的箱型梁桥的剪力滞效应的影响 .     

集中荷载和均布荷载作用下悬臂箱梁剪力滞效应试验

对悬臂箱梁进行集中荷载和均布荷载的加载试验,探讨沿箱梁轴向剪力滞影响程度的变化,以及加载形式对悬臂箱梁不同区域的剪力滞影响.结果表明:在集中荷载和均布荷载作用下,悬臂箱梁同时存在正剪力滞现象和负剪力滞现象,从自由端至固定端方向,箱梁受负剪力滞的影响逐渐减小,受正剪力滞的影响逐渐增大;均布荷载作用下的剪力滞系数大于初等梁理论的计算值;相较于均布荷载,悬臂箱梁在集中荷载作用下受剪力滞的影响较小,正、负剪力滞分界点离固定端较远.     

单索面矮塔斜拉桥宽幅箱梁施工阶段的剪力滞效应

以石湾特大桥为研究背景,采用空间有限元理论．通过建立整桥的空间有限元模型,研究了单索面矮塔斜拉桥在预应力和竖向集中力荷载作用下各施工阶段主梁的受力特性和剪力滞效应。分析结果表明：单索面矮塔斜拉桥宽幅箱梁在施工阶段剪力滞效应较严重（最大剪力滞系数为1．93）,部分翼缘板出现拉应力;最大悬臂状态时,主梁整体呈现正剪力滞现象...     

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。     

局部火灾下混凝土箱梁悬臂板变形与有效分布宽度

针对受火后混凝土箱梁悬臂板的挠变与塌裂耦合灾害,利用热-力耦合方法对局部火灾模式下混凝土箱梁高温场、悬臂板变形及有效分布宽度进行了分析,研究了混凝土箱梁单侧局部火灾高温强热模式,计算了此模式下混凝土箱梁横桥向和纵桥向温度场的分布状态,分析了迎火面和背火面悬臂板变形和有效分布宽度随延火时间与荷载比的变化规律。研究结果表明:箱梁单侧腹板和翼缘板下侧受火,迎火面温度相对其他部位较高,背火区温度无变化,火温从箱形截面外侧到内侧呈明显的半渗层状梯度分布;顺桥向温度梯度线以强热区为中心沿跨径呈层流状分布,火灾的局部效应显著;迎火面悬臂板挠度随延火时间的增加逐渐增大,背火面悬臂板挠度随延火时间的增加直线下降,迎火面悬臂板挠度变化趋势明显大于背火面悬臂板挠度的变化趋势,并且挠度随荷载比的增加呈非线性增长关系;迎火面悬臂板有效分布宽度随延火时间的增加而减小,背火面悬臂板有效分布宽度随延火时间的增加而增大。研究可为桥梁的抗火设计实用方法的提出与火灾后桥梁加固提供依据。     

集中荷载下钢筋混凝土简支T型梁剪力滞效应

通过对钢筋混凝土简支T型梁进行两点加载试验,研究T型梁翼板内不同截面的剪力滞效应,并通过Abaqus有限元软件对T型梁的加载全过程进行模拟.试验结果表明:简支T型梁在靠近支座位置存在负剪力滞区,随着荷载增大,负剪力滞效应逐渐增强,并且负剪力滞区出现受拉现象,拉应力达到2.34 MPa,而在纯弯段,荷载的增大对剪力滞系数影响不大;T型梁翼板内的剪力主要发生在翼板和腹板交界处,剪力在向翼板边缘传递的过程中快速衰减,在翼板没有出现裂缝前,剪力滞效应随着腹板厚度的增加而降低,但是降低的程度随着腹板厚度的持续增加而减小.     

混凝土梁桥桥下爆炸压力场分析

为了探索桥下爆炸自由场超压、墩柱反射超压和梁底反射超压的分布规律,对一座两跨混凝土梁桥缩尺模型开展了桥下爆炸试验,并结合数值模拟方法研究了桥下爆炸波传播规律以及爆炸波与T梁和墩柱之间的相互作用.研究结果表明：地面反射条件的改变对爆炸荷载影响显著;实测柱底、柱中和柱顶超压峰值沿柱高分布相对离散,实测T梁底超压时程曲线呈多峰正压.爆炸波传播过程中有马赫波形成;爆炸波遇到T梁梁肋和横隔板会发生反射和绕射,遇到T梁翼板下表面会发生反射,爆炸波传播至墩柱盖梁和T梁相交区域时,传播路径较为复杂,作用时间相对较长.炸药形状对T梁底部超压分布有一定影响,中梁梁肋下表面的超压峰值自爆心向两边呈指数形式衰减;超压峰值沿柱高整体呈减小趋势,柱底、柱中和柱顶迎爆面沿柱周超压峰值整体呈中间大两边小的趋势.     

强度减损下混凝土箱梁预应力高温损失分析

为明确火灾下混凝土桥梁预应力的衰变幅值与高温之间的变化关系,采用热力耦合计算方法,基于强度损失的虚拟层截面等效原理,设定火灾下混凝土箱梁预应力火灾高温分析工况,研究单面火灾和三面火灾模式下混凝土箱梁的截面温度场分布状况,计算不同延火时间混凝土箱梁预应力沿程(沿桥梁跨径)分布状态,揭示强度减损下混凝土箱梁预应力火灾高温沿程损失规律。研究结果表明:箱梁底板受火,温度大致呈水平层状分布;箱梁底板和两侧腹板受火,温度呈U形分布,并且多面受火时的温度峰值大于单面受火时的温度峰值;随着延火时间的增加,高温层逐渐向内扩展并且扩展宽度递增;延火全程中,相对处于腹板上部,处于腹板下部的钢束预应力沿程损失较大,四分点的预应力损失值较其他部位大,大约是其他部位的1.1倍;跨中的预应力损失增长幅度相对较大,增长幅度最大值约为9.4%;锚下预应力损失值最小;整个延火过程中,沿程预应力损失呈倒W形。     

铁路连续槽形梁桥剪力滞效应分析

为探究铁路连续槽形梁桥的剪力滞效应,以峰福线大目溪大桥为例,基于有限元法分析其在不同工况下的剪力滞效应情况,提出该结构有效宽度的建议值,并且分析截面形式对槽形梁剪力滞效应的影响。结果表明:纵桥向桥面顶板和底板桥梁中心线位置的剪力滞效应在中支座截面较为显著。不同工况作用下,中支座截面和主跨跨中截面桥面板出现正负剪力滞效应交替现象,桥面顶板剪力滞效应相比底板较为显著;对于恒载+活载工况下,中支座截面正剪力滞效应出现在顶板边缘位置和底板中心线处,而主跨跨中截面正剪力滞效应出现在顶板中心线处和底板边缘位置。在恒载+活载、主力+附加力两种工况下的有效宽度比建议值,主跨跨中附近截面取0.83、0.80,边支座截面附近取1,中支座截面取0.74、0.73;对于截面形式不同的槽形梁,其跨中截面的剪力滞效应也表现出顶板相比底板更为突出,当采用箱形桥面板时,因其桥面板中腹板的存在,会导致其剪力滞效应比板式桥面板严重。     

薄壁箱梁的剪力滞后有限元分析

在城市化快速发展中为了满足交通运输发展的需要,建造了大量的薄壁箱形截面梁,这些桥梁的宽跨比较大,宽高比突出,剪力滞后现象严重。忽略剪力滞后效应的影响,就会低估箱梁腹板和翼板交接处的挠度和应力,从而导致不安全。以8 m宽、30 m单跨箱型梁桥为例,分析简支箱梁跨中截面的"负剪力滞后现象"及其影响程度。得出在恒载作用下顶板顶面较底板底面"剪力滞后"现象更为突出且剪应力在桥梁横向呈不规则曲线变化的结论。     

薄壁钢箱梁考虑加劲肋构造剪力滞效应的计算

采用有限元方法对设置不同加劲肋的钢箱梁进行模拟计算,分析了各试件的应力分布并给出在不同构造情况下箱梁跨中截面顶板的剪力滞系数,表明在钢箱梁中加劲肋可以有效地减少剪力滞效应;根据有限元模拟计算出的不同构造情况下各试件的正应力值,并结合变分法公式提出了计算箱梁截面正应力的修正公式,有效地提高了计算精度。     

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.     

基于修正翘曲位移函数的薄壁箱梁剪力滞效应分析

为完善薄壁箱梁剪力滞效应研究,构造余弦函数作为剪力滞效应下纵向翘曲位移分布形态的描述,考虑弯曲剪力流分布对薄壁箱梁弯曲曲率和顶底板纵向翘曲位移的影响,引入顶板悬臂板纵向翘曲位移差函数修正系数及内力平衡因子,基于能量变分法,推导了薄壁箱梁剪力滞效应作用下应力与挠度计算微分方程.针对单箱单室简支箱梁和连续箱梁算例,将理论分析方法得到的应力和挠度计算值与有限元结果和实测值进行对比分析.结果表明,按理论分析方法得到的薄壁箱梁纵向应力值不仅与有限元结果、实测值吻合良好,而且能真实地反映顶板悬臂板应力分布形态.集中荷载和均布荷载作用下,考虑剪力滞效应影响的方法使得薄壁简支箱梁跨中挠度分别增加了25. 34%和19. 22%,与有限元结果的误差分别为1. 31%和1. 83%,精度较高.该理论分析方法可以准确预测薄壁箱梁在任意荷载作用下的截面应力与挠度分布.     

混凝土梁桥过火后预应力损失

火灾中产生的高温对预应力结构有较大影响,因降低结构的有效预应力,导致过火后受拉外缘压应力储备降低,结构提前开裂,影响结构使用性能和耐久性。为快速确定预应力混凝土梁过火后的有效预应力,以某省过火后拆除的32片梁为样本,通过实测过火后混凝土梁桥钢绞线永存应力,获得剥落深度比与预应力损失比的回归公式,选用极限承载能力试验及有限元数值分析验证该公式的适用性。结果表明,火灾后梁板预应力钢束出现应力损失,当混凝土剥落深度超过1/3钢绞线净保护层时,预应力损失不可忽略;先张法预应力混凝土结构,抗火设计应适当提高钢绞线保护层厚度;当混凝土剥落深度超过2/3钢绞线净保护层时,预应力损失率达10%,严重影响结构刚度。     

横隔板开裂条件下装配式T梁桥的面外形变效应

为探讨汽车偏心加载条件下装配式预应力混凝土简支T梁桥横隔板开裂对腹板面外形变效应的影响,以交通部2008年桥梁通用图中30 m混凝土T梁为工程背景,利用实体有限元模型对比分析了裂缝长度改变情况下腹板最大拉应力、腹板两侧最大绝对应力差、T梁横向变形和中性轴最大应力。通过分析发现:汽车荷载作用下装配式混凝土T梁桥腹板在发生面内竖向弯曲的同时,还存在着面外横向弯曲变形,T梁腹板面外横向变形会产生横向弯矩、减小T梁受压区高度,远离偏载一侧的T梁面外形变效应更为显著;横隔板的开裂会在一定程度生同时增大T梁面内、面外变形和腹板拉应力幅值,但当裂缝长度超过30 cm后梁体面外变形效应变化不再明显。     

施工阶段自锚式悬索桥超宽混凝土箱梁纵向应力分析

为了分析自锚式悬索桥超宽混凝土箱梁在施工过程中的受力状态,通过实桥应力测试和Midas/FEA有限元分析,研究了超宽加劲梁的纵向应力水平及其分布规律。研究结果表明:在体系转换过程中,主缆轴力逐渐增大,且主梁顶板纵向压应力整体逐渐增大,梁底板纵向应力的变化与主梁的挠度变形密切相关。在施工过程中,各测点纵向应力实测结果与计算结果吻合良好,超宽加劲梁受力空间效应明显,主梁各截面纵向应力沿横截面的分布具有明显的不均匀性。主梁中跨跨中与边跨跨中截面剪力滞效应均表现为由正剪力滞向负剪力滞转换,且主梁中跨跨中截面纵向应力变化及剪力滞效应较边跨跨中明显。     

钢板组合桥梁剪力滞效应分析

双肋钢板组合桥梁(双钢板主梁与砼桥面板通过剪力钉连接)由于主梁间距大而存在明显的剪力滞效应。文中选取三跨双肋钢板组合连续桥梁(3×35 m)作为研究对象,采用ANSYS建立其有限元模型,分别对给定温度环境下受恒载和车道荷载作用的桥面板应力进行分析,计算其剪力滞系数。按最大正应力和合力大小不变的原则,将呈曲线分布的正截面应力简化成矩形分布,计算桥面板的有效宽度,并与规范计算结果进行对比。研究结果表明:在恒载和车道荷载作用下,中支点处存在显著的正剪力滞效应,剪力滞系数可达到1. 7左右。在中跨和边跨其余各截面均存在负剪力滞效应。从边支点截面到中支点截面由负剪力滞效应逐步向正剪力滞效应过渡,从中支点截面到中跨跨中截面则由正剪力滞效应逐步向负剪力滞效应过渡。与有限元方法相比,按照规范方法计算的边跨跨中和中跨跨中截面的桥面板有效宽度偏于保守,中支点截面按规范方法计算的有效宽度偏于不安全。