桥面构造及铺装层对正交异性钢桥面板力学性能的影响

为研究桥面细部构造和桥面铺装对正交异性钢桥面板力学性能的影响,确定合理的构造,以梯形及矩形截面形状的纵向加劲肋与多种缺口形式的横隔板相组合形成正交异性钢桥面板结构体系,并铺设不同厚度、不同弹性模量的沥青混凝土铺装层,建立相应的有限元实体模型进行加载,分析纵向加劲肋截面形状、横隔板缺口形式及铺装层弹性模量和厚度对正交异性钢桥面板力学性能的影响规律。结果表明:加劲肋上口间距越小,改善桥面板受力性能越明显,其中加劲肋B(梯形加劲肋侧板与底板采用圆弧连接)受力性能较好,且用料少;缺口Ⅰ、缺口Ⅲ的应力集中情况好于缺口Ⅱ,因此应合理选用缺口Ⅰ和缺口Ⅲ,但缺口Ⅲ需要优化;顶板与纵向加劲肋连接处应力高,为力学性能敏感区域;铺装层弹性模量增加,钢桥面板最大主应力减小,铺装层厚度增加,钢桥面板和沥青表面最大主应力均减小,因此铺装层弹性模量与厚度要综合设计,以使钢桥面板受力性能最优。     

港珠澳大桥通航孔钢箱梁桥面板的静动力特性研究

以港珠澳大桥江海直达通道为工程背景,对桥面加劲板的静力与动力特性进行研究.运用组合板梁单元法分析梯形肋加劲板,其中顶板用平板壳单元分析,而构成梯形肋的各个子板件则用板梁单元分析.同时,构造了8节点的实体板单元进行铺装层的模拟.重点研究桥面铺装对桥面板位移、应力以及自振频率的影响,并将计算结果与ANSYS有限元分析结果进行比较.结果表明:本文方法计算结果与ANSYS计算值均比较吻合,从而验证了本文方法的准确性,同时由于本文方法的自由度少,划分单元数量少,因此计算效率更高;另外,桥面铺装不仅具有自重效应,而且对桥面结构有一定的刚度贡献,因此在分析桥面结构力学特性尤其是在精确分析时,需要考虑桥面铺装的作用,且不能简单地以等效荷载的形式考虑.     

扁平钢箱梁U肋加劲板的加载偏心

以一座主跨1 088 m扁平钢箱梁斜拉桥为例,分析了扁平钢箱梁U肋加劲板加载偏心的大小及对U肋加劲板稳定承载力的影响.首先采用包括梁单元和板壳单元的混合建模方法建立全桥有限元模型,在计算加载偏心的梁段采用壳单元,其他部位采用梁单元.根据有限元方法求得U肋加劲板截面的应力分布,利用积分方法计算U肋加劲板的内力和加载偏心,并将加载偏心对承载力的影响等效为初始几何弯曲.研究结果表明,U肋加劲板的加载偏心率约为0.17,最大为0.35,相当于L/250的初始弯曲,该值远大于规范规定的最大几何偏心,因此计算扁平钢箱梁U肋加劲板稳定承载力时需考虑加载偏心的影响.     

钢桥面复合铺装结构的大比例模型试验

在钢桥面板与沥青铺装层之间设置轻质混凝土层,组成了一种新型钢桥面复合铺装体系。为研究这种新型铺装体系的力学特性,制备了大比例模型试件,实测了不同车位下钢桥面及铺装结构的力学响应。结果表明：钢桥面板最大横向拉应力为90MPa,而设置加劲肋后最大拉应力降至为43MPa,即设置加劲肋有利于改善钢桥面板的受力。浇筑轻质混凝土铺装层后,钢桥面板顶板和加劲肋底板的应力峰值、位移都降低,最大应力降幅达48%,最大位移降幅达18%,而且钢桥面板中的应力分布也更加均匀。作为铺装结构,轻质混凝土铺装层也与桥面板共同参与结构受力,使得桥面铺装体系的结构刚度得到提高。     

夹层桥面板的有限元分析

分别建立相同构造尺寸的普通正交异性钢桥面板和夹层桥面板有限元计算模型,并另外建立三种改变U型肋数量和间距的夹层桥面板计算模型,采取相同的边界条件,施加相同的荷载,以比较两种结构桥面板的总体受力性能.结果表明:当采取相同的构造尺寸时,夹层桥面板的刚度和承载力与普通正交异性钢桥面板相比得到了很大的提高;当两种桥面板获得的总体受力性能接近时,夹层桥面板可以大大减少加劲肋的数量.     

高强度U肋加劲钢板残余应力测试及模拟分析

为研究Q420级高强度U肋加劲钢板纵向焊接残余应力分布特点及影响因素,利用切割法对U肋加劲钢板进行了纵向残余应力测试,通过三维实体热弹塑性有限元模型和单元生死技术模拟了焊缝填充和焊接过程,比较分析了高强度钢和普通强度钢的残余应力分布特点,探讨了母板厚度及U肋的厚度、间距、宽度、高度对加劲板焊接残余应力的影响.研究结果表明,U肋两侧的焊接先后顺序并不影响加劲板的残余应力分布;非焊接区域残余压应力峰值和分布特点与板件材料的屈服强度基本不相关;板件厚度、U肋顶宽和U肋高度是影响高强度U肋加劲钢板焊接残余应力的主要因素.     

计入加劲肋的圆孔蜂窝组合梁强度简化计算

为了简便计算带加劲肋的圆孔蜂窝组合梁的强度,应用空腹桁架理论,推导了计入加劲肋影响的圆孔蜂窝钢 - 混凝土组合梁强度简化计算公式.通过算例与ANSYS进行验证,结果表明本文的分析方法是正确的,并建议对剪力分布大的梁段混凝土板内配置受拉钢筋.将计算结果与没有加劲肋的算例梁计算结果进行比较,结果表明,加劲肋可以通过增加计算截面面积来提高蜂窝组合梁承载力.     

简支正交异性夹层桥面板稳定性能分析

采用实验和数值计算方法,研究了简支正交异性钢板-聚氨酯夹层桥面板的稳定性能.通过弹性稳定计算研究了该种桥面板几种参数变化对前4阶屈曲模态的影响,以及考虑材料及几何非线性稳定计算对临界荷载的影响.结果表明:夹层桥面板处于受压状态时,车轮作用对顶、底面钢板应力的影响程度会有较大差别;芯层厚度、纵向加劲肋间距、钢面板厚度3个参数中,前两个参数对桥面板的稳定性能影响较大;设计时建议先设定合理的夹层板厚度,再通过试算选择纵向加劲肋间距,工作量会较少.     

钢箱梁斜拉桥正交异性桥面板的受力性能

以青岛海湾大桥红岛航道桥为工程背景，对钢箱梁斜拉桥桥面板进行受力性能分析。将桥面板分为3个基本受力体系：桥面板作为主梁截面的一部分承受车辆运营荷载（第一基本体系）；由桥面板和纵横向加劲肋组成桥面结构，承受桥面车轮荷载（第二基本体系）；支承在纵横加劲肋上的钢桥面板直接承受车轮局部荷载（第三基本体系）。建立空间杆系模型和空间板壳模型对桥面板进行有限元分析，得到各体系下结构的受力特性，针对3个体系下桥面板正应力进行叠加。结果表明：钢箱梁顶板的最大压应力为87．7MPa，满足规范要求；运用应力叠加进行钢桥面板计算是一种近似的方法，计算得出的结果一般偏于保守，但其精度可以满足设计要求。     

夹层桥面板的有限元分析

分别建立相同构造尺寸的普通正交异性钢桥面板和夹层桥面板有限元计算模型,并另外建立三种改变U型肋数量和间距的夹层桥面板计算模型,采取相同的边界条件,施加相同的荷载,以比较两种结构桥面板的总体受力性能。结果表明：当采取相同的构造尺寸时,夹层桥面板的刚度和承载力与普通正交异性钢桥面板相比得到了很大的提高;当两种桥面板获得的总体受力性能接近时,夹层桥面板可以大大减少加劲肋的数量。     

板肋式多肋T梁桥的空间分析

根据板肋式多肋T梁桥的受载力学行为特点，将其各板件视为板梁，同时在构造其位移模式时也考虑了T梁顶板剪滞效应和局部弯曲影响，由此提出了板肋式多肋T梁桥空间计算的桥梁有限单元法。     

钢-弹性体夹层正交异性桥面板受力性能分析

通过三跨聚氨酯-钢板夹层结构正交异性桥面板空间结构的计算,分析该种夹层桥面板在夹芯层厚度及面板厚度变化时,在不同受力状况和不同截面处各控制点的受力性能.结果表明,夹层桥面板的受力特性在于:在跨中截面中间纵向U形加劲肋上方的夹层板底面纵、横向应力拉压性质与常规受弯构件不同;加劲肋底面纵向应力比截面其它位置大得多,横向应力可忽略;在支点截面中间加劲肋与桥面连接处,聚氨酯芯层纵向应力最大,横向应力可忽略;钢板与聚氨酯结合面的剪切强度大于6 MPa时可满足粘结要求.     

板梁耦合振动响应仿真分析

板梁耦合结构是典型的中频振动结构。针对现有的确定性数值分析方法在中频预测的不足,基于波函数法(WBM)理论提出了预测板梁耦合结构的振动响应方法。在Kirchhoff薄板与Euler-Bernoulli梁振动响应基础上,以振动位移与转角为耦合量,运用加权余量法推导了板梁耦合结构的系统矩阵,建立了板梁耦合结构的波函数法模型。以四边固支的矩形板与细长梁耦合结构为例进行了验证,其100Hz时的振动响应位移云图与50~500Hz频响结果表明,相较于有限元(FEM)模型,基于波函数法的板梁耦合结构振动响应模型能有效预测更高频率的振动响应,且该模型有着更高的收敛性,在相同计算精度下,计算成本(模型自由度与计算时间)降低明显。     

组合桥面板U肋对接焊缝疲劳破坏及修复方法试验

为了研究弯折U形肋组合桥面板的疲劳性能以及疲劳开裂后的修补方法,对一个带连续弯折U形肋的组合桥面板试件进行了前后两次疲劳试验研究.首先对初始采用无衬垫对接焊缝的试件进行疲劳加载直到焊缝开裂;然后在开裂处采用带衬垫的对接焊缝加固,再次进行疲劳加载直到破坏.研究了组合桥面板疲劳破坏形态、开裂处疲劳强度评定、疲劳裂缝修复方法及修复后的疲劳性能.试验结果表明:在反复荷载作用下无衬垫单面焊的对接焊缝是正交异性组合桥面板的薄弱处,首先发生疲劳裂纹,采用带衬垫的熔透对接焊缝对开裂处进行修补,能起到较好的补强效果.     

12参双参数直角梯形板元的构造及收敛性分析

考虑特殊的四边形单元--直角梯形单元,构造出一类12自由度直角梯形板元;为了降低自由度,节省计算量,利用双参数法将自由度进行离散,得到一类双参数12参直角梯形板元.证明了该单元对薄板弯曲问题的收敛性.     

冷弯加劲高强方钢管柱受力性能及经济性分析

工程中常采用在截面上布置加劲肋的方法来增强构件的稳定性能。为研究冷弯加劲对高强钢管柱受力性能的影响，评估加劲高强钢管柱的经济性。采用有限元ABAQUS软件，建立了冷弯加劲钢管柱轴心受压分析模型。通过考察加劲形状、加劲个数、加劲间距及加劲大小对Q355钢管柱受力性能的影响，确定最优截面形式，进而分析在极限承载力相当时，高强Q690冷弯加劲钢管柱比普通Q355钢管柱用钢量的节约程度。结果表明，设置冷弯加劲可以明显地提升钢管柱轴心受压承载力，冷弯加劲对钢管柱承载力的提高作用随着加劲个数的增加基本保持不变。采用单个半圆弧加劲时，对构件承载力的增强作用便可达到良好的效果。冷弯加劲之间的距离对构件的稳定承载能力基本没有影响。加劲圆弧半径建议取板件厚度的2倍。承载力相当时，冷弯加劲Q690钢管柱的用钢量比Q355钢管柱节省35%左右。     

基于传递函数的含损伤复合材料加筋板振动

研究了具有基板嵌入分层损伤和筋板脱粘损伤的复合材料加筋层合板的振动特性。根据层合板和层合梁的一阶理论,结合Adams应变能法的模态阻尼模型,建立了含损伤复合材料加筋板动力分析的有限元方法,开发了相应的有限元分析软件。通过典型数值算例的计算结果,分别讨论了具有基板分层和筋、板间脱粘的复合材料加筋板损伤尺度和损伤位置对板的传递函数的影响,得到含不同类型和尺度的含损伤复合材料加筋板的振动特征。     

矩形板架和加劲板结构分析的超级加权残数法

首次将加权残数法和有限元法结合起来 ,用以分析板架结构和加劲板结构 ,其做法是对整个结构选取试函数 ,利用变分原理导出以权系数表示的梁元或板元的广义刚度矩阵和广义荷载列阵 .此方法可大大减少数值分析的计算量 ,适合工程应用