桥式起重机偏轨桥架结构的研究

本文对偏轨箱形梁桥架结构进行了初步的理论探讨和试验研究,分析了由于偏心横向集中力的作用引起梁的扭转影响,合理截面形式等问题.同时进行了大量的模型试验研究工作,并提供了设计计算资料,指出了今后有待深入研究的问题.文中得出结论:偏轨箱形梁桥架,在集中横向力作用下,主要承受弯曲,约束扭转法向应力仅为总应力的(2～8)%,并具有相当大的抗扭刚度.这种结构型式,由于附加结构的简化,有较大的经济性.与一般箱形结构比较,自重可降低15%左右;制造劳动量减少(16～20)%.     

基于梁轨相互作用的铁路桥梁徐变上拱限值

为研究铁路桥梁徐变上拱对于梁轨相互作用的影响,分别建立了三跨连续梁桥及简支梁桥的梁轨相互作用有限元模型,分析了徐变上拱对桥上无缝线路的钢轨附加应力、扣件上拔力、扣件剪切力以及列车走行性的影响.结果表明:徐变上拱值主要影响扣件上拔力和行车舒适度,而对钢轨附加应力的影响可以忽略;徐变拱跨比相同的梁桥所导致的钢轨应力、扣件上拔力及扣件剪切力峰值基本一致;对于该研究的主跨125 m的连续梁桥和跨径30 m的简支梁桥而言,徐变拱跨比的建议限值分别为1/2 500和1/2 000.     

新旧钢筋混凝土梁横向拼接的收缩徐变效应分析

为了研究旧桥横向拓宽时混凝土梁的收缩徐变效应,采用错位法对新、旧梁横向拼接后收缩徐变产生的应力重分布进行了分析,在不考虑重力情况下推导了拼接后新、旧梁横截面上的纵向应力及拼接处的纵向剪应力计算公式.以空心板梁为例,分析了由收缩徐变效应引起的新、旧梁上的纵向应力,比较了不同配筋率对板中纵向应力的影响.分析结果表明,新梁中的纵向拉应力可能会引起新梁横向开裂,纵向配筋率对混凝土梁的受力影响较大,而新旧梁拼接处的剪应力则较小.     

单箱双室不等壁厚箱梁受弯与约束受扭的有限节线法分析

为了分析单箱双室不等壁厚箱梁非对称受弯、约束受扭时其横截面的变形特征与应力分布规律,采用统一分析梁模型和有限节线法对其进行研究。统一分析梁模型不仅不对梁横截面的面外变形规律或应力分布规律作任何假定,而且对梁的长细比也不作任何限制;梁的位移场是用有限个单变量基本未知函数通过数值逼近来确定;梁的应力场通过与位移场相对应的应变场及梁材料的本构关系来确定;给出单箱双室不等壁厚箱梁受弯与约束受扭时的整体变形特征、横截面翘曲特点以及应力分布规律,并讨论扭转中心位置的确定方法,给出确定扭转中心位置的计算公式。研究结果表明:只要单箱双室不等壁厚箱梁承受非对称面内的横向荷载作用(横向力或扭矩),整个箱梁在非对称面内不存在单纯弯曲变形的问题,弯曲变形和横截面绕轴线转动的扭转变形总是耦合在一起,箱梁横截面不仅产生翘曲变形,而且其上的正应力、剪应力均为非线性分布;正应力、扭转剪应力的最大值、扭转中心的位置均随横截面翼缘板与各箱室尺寸,特别是箱室壁厚而变化。提出的方法适用于解决长细比小于3的短箱梁的力学分析问题,对于中长箱梁和长箱梁非约束扭转以外的力学分析问题,该方法可分别退化为Timoshenko梁和Bernoulli-Euler梁的相关问题,其还可以解决这2类传统箱梁理论不能解决的约束扭转问题。     

装配式T梁桥汽车荷载效应的空间分布特征

为探讨汽车荷载作用下跨径、桥宽对装配式预应力混凝土简支T梁桥汽车荷载效应的影响,以交通部2008年T梁桥通用设计图为背景,利用实体有限元模型对比分析了25m、30m、35m三种跨径和9.0m、11.25m、13.5m、15.75m和18m五种桥宽下的竖/横向位移、竖/横向弯矩、纵向应力和扭转角,并与T梁桥实用空间解析解进行了对比分析。通过分析发现：汽车荷载作用下装配式T梁会同时出现竖向和横向挠曲变形,竖向荷载效应随桥梁宽度的增加而近似线性减小,但其横向形变效应会受桥梁跨径、宽度、布载形式等多种因素影响;当装配式T梁桥的所有T梁均使用边梁的设计活载效应时,T梁最大应力的解析结果能包络T梁的活载横向挠曲效应,但当跨径超过30m后中梁活载应力最大值可能会超过刚性横梁法的计算结果;T梁的侧向弯曲会显著增加截面中性轴附近的拉应力,且随着跨径的增大梁体侧向弯曲引起的中性轴位置处应力越大,T梁腹板外侧的分布钢筋最好能按照T梁腹板承受的横向弯矩大小设计为受力钢筋,并减小钢筋间距以更好地防止T梁腹板的竖向开裂。     

钢吊车梁在集中扭矩作用下腹板附加弯曲应力的试验研究和计算方法

继《在偏心荷载作用下钢吊车梁的静力试验研究》一文,对偏心扭矩和水平力扭矩对吊车梁腹板应力和变形影响作初步探索的基础上,又做了几种不同梁、轨的偏心荷载静力试验(见图1)。本文着重分析腹板附加弯曲应力的性质和分布规律,并探讨了腹板附加弯曲应力的计算方法。关于影响腹板附加弯曲应力的其他因素,将另有专题报告。     

列车作用下桥梁应力响应计算方法比较

为有效分析列车引起的桥梁应力响应,对车桥耦合动力分析法、静力影响线法及移动集中力法3种列车作用下的桥梁应力响应计算方法进行了深入的比较研究.采用3种方法对2座铁路典型混凝土简支T梁和下承式钢桁梁桥进行应力响应分析,基于桥梁现场实测数据对比分析了不同方法的计算结果,研究了列车速度和桥梁横向振动对应力结果的影响.结果表明:车速对桥梁应力响应有显著的影响,共振发生时3种方法的计算结果相差较大,消振条件下三者区别减小;由列车水平方向作用力引起的桥梁或构件横向振动对应力响应的贡献不容忽视;车桥耦合动力分析法能够更为真实地反映桥梁构件的动应力历程,在高速、桥梁横向刚度较低或列车局部加载的情况下尤其具有计算精度优势.研究结果可为3种不同计算方法的工程应用提供参考.     

钻阶梯形孔法测量深层平面残余应力

本文提出用钻阶梯形孔法,测量沿板厚非均匀分布时的深层平面残余应力。本文分析了由于钻孔引起的附加应力的影响,并用有限元法计算了有关附加应力的影响的系数。文中由纯弯曲试验,验证了阶梯形孔法及附加应力系数计算的可靠性。认为只要满足垂直于板平面的应力可以不考虑的条件,用这方法测量沿板厚非均匀分布的平面残余应力是可行的。     

在偏心荷载作用下钢吊车梁的静力试验研究

在国內外部曾发现厂房中,有相当数量承受重级工作制吊车的钢吊车梁使用时间不长,在上翼缘焊缝及其附近腹板处即出现纵向裂缝以至丧失承载能力。这说明现行设计规范对承受重级工作制吊车的钢吊车梁的设计规定还未能全面反映其实际工作状态。本文正是研究这个问题的一个方面。通过偏轨静力试验探索了以下几个问题:1.偏心扭矩对吊车梁腹板应力及变形的影响;2.改变横向加劲肋间距对吊车梁附加弯曲应力的影响;3.水平力对吊车梁的应力及变形的影响;4.吊车轨道对局部荷载的分布作用;5.不同制动结构对吊车梁应力、变形的影响及制动结构的工作情况。对于所探索问题的有关理论分析,另有专题报告。     

压弯构件的附加弯矩分析

利用压弯构件的弹性曲线微分方程,分析了轴向压力对压弯构件弯曲变形的影响,导出了各种压弯构件附加弯矩的统一算式.通过实例,定量分析了各种因素对弯矩比(附加弯矩与横力弯矩的比)的影响,给出了可忽略压弯构件附加弯矩的判定条件.研究结果表明,弯矩比与横向荷载的大小无关.当外力给定时,抗弯刚度越大,弯矩比越小;当轴向压力给定时,杆端约束越强,弯矩比越小.当轴向压力与临界压力的比值给定时,杆端约束越强,弯矩比越大.     

一类特殊截面梁两平面弯曲下的应力计算

证明了对于正多边形截面，圆形截面这样一类特殊截面梁，在两个相互垂直的形心主惯性平面内作用有横向外力时，其应力计算既可按两相互垂直平面内弯曲的一般方法计算，也可以按平面弯曲计算，由此证明了弯曲理论的严谨性和统一性。     

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。     

弹性平板的一种精确理论

本文提出一种可以精确考虑平板的横向剪切变形和法向正应力影响的平板理论。在这种新的理论中,横向剪应力的分布用含有若干个待定函数的多项式表示,这些特定函数可以用三维弹性力学基本方程和简单的线性代数运算来确定,不需解附加的微分方程,而多项式的项数则由横向载荷的分布来决定。根据这种新理论所取得的方程及其解答能够比现有理论更精确的反映不同的载荷分布对于应力分布及位移的影响。本文用例题说明了这种新理论的计算方法。     

压杆纵横弯曲的高阶应变理论解

将高阶应变弹性理论引入细长压杆的纵横弯曲问题中,考察了内禀长度对于纵横弯曲的行为,尤其是中点挠度、最大压力等的影响。结果表明：内禀长度对比外特征尺度不可忽略时,压杆纵横弯曲的最大压力降低;中点挠度也明显受到轴向力、横向力、材料刚度、压杆长度（即外特征尺度）以及内禀长度的影响。工作对于承受纵横弯曲作用的微尺度压杆的设计、制造及使用有一定的指导意义。     

作大范围运动功能梯度材料梁的动力学特性研究

采用假设模态法和有限元法两种离散方法描述柔性梁的变形场,对作大范围运动的中心刚体-功能梯度材料梁的动力学特征进行研究。假设功能梯度材料的物理参数为沿着梁厚度方向变化的幂函数,考虑梁的纵向拉伸变形和横向弯曲变形,同时计及横向弯曲变形引起的纵向缩短,即非线性耦合项,运用第二类Lagrange方程推导得到两种不同离散方法描述的具有统一形式的系统刚柔耦合动力学方程。通过与假设模态法的数值仿真结果对比,验证所建立有限元模型的正确性。通过大变形算例,说明基于小变形假设的假设模态法计算上的局限性。在此基础上讨论功能梯度指数对作大范围转动柔性梁动力学特性的影响。结果表明基于小变形假设的假设模态法并不能处理大变形问题;在功能梯度材料梁其他物理参数不变的条件下,梁的最大位移随着功能梯度指数N增大而增大;横向弯曲固有频率会随着转速的增加而变大;当转速一定时,固有频率会随着功能梯度指数N增大而减小。     

双材料层合梁的弯曲切应力分析

为分析由不同材料组成的任意多层层合梁的弯曲性能,以一矩形截面层合梁为例,采用相当截面法确定了组合截面中性轴的位置,利用静力平衡条件建立任意多层复合材料层合梁横截面上任一点处弯曲切应力的一般公式。在此基础上,进一步推导了双材料层合梁的弯曲切应力计算表达式,表明弯曲切应力在不同材料层沿截面高度分别按二次抛物线变化,并且在结合面处保持连续。通过对双材料层合梁截面优化设计问题的分析,为避免弯曲切应力引起层合梁结合面处的脱层问题提供了设计理论依据。     

考虑施工全过程的超近距邻近既有桥影响

新建桥梁工程与既有工程近接施工的现象愈发普遍,大多数研究并没考虑桩基施工步序和土体附加力的影响,但二者均会对既有工程安全带来不可忽略的隐患。理论分析了考虑施工全过程对超近距邻近既有桥的影响评价方法,同时土体附加力的负向作用会加快邻近既有桥桩的沉降、引起水平和竖向变形。数值分析了新建桥梁按有无施工步序、有无土体附加力3种情况,计算对周围土体的应力变化和位移影响以及对邻近既有桥的影响。结果表明：相较于不考虑桩基施工过程,计入施工步序和土体附加力后对所邻近的既有桥不利影响加剧,靠近邻近既有桥桩的下部土体挤入值相比于其他位置会更大。对于施工步序繁多且步序之间衔接不紧密的新建工程,在评价施工超近距邻近既有桥影响时更应该将施工步序和土体附加力计入考虑。     

在偏心荷载作用下钢吊车梁的静力试验研究

在国内外都曾发现厂房中,有相当数量承受重级工作制吊车的铜吊车梁使用时间不长,在上翼缘焊缝及其附近腹板处即出现纵向裂缝以至丧失承载能力。这说明现行设计规范对承受重级工作制吊车的钢吊车梁的设计规定还未能全面反映其实际工作状态。本文正是研究这个问题的一个方面。通过偏轨静力试验探索了以下几个问题:1.偏心扭矩对吊车梁腹板应力及变形的影响;2.改变横向加劲肋间距对吊车梁附加弯曲应力的影响;3.水平力对吊车梁的应力及变形的影响;4.吊车轨道时局部荷载的分布作用;5.不同制动结构对吊车梁座力、变形的影响及制动结构的工作情况。对于所探索问题的有关理论分析,另有专题报告。     

剪切变形对双模量梁弯曲正应力的影响

利用静力方程确定了矩形截面双模量梁的中性轴位置,得到了矩形截面双模量梁的弯曲剪应力计算公式。在考虑剪切变形影响的情况下,利用矩形截面双模量梁的弯曲剪应力计算公式,导出了等矩形截面双模量梁弯曲正应力计算公式。通过算例分析了矩形截面双模量梁的长高比变化时,剪切变形对等矩形截面双模量梁弯曲正应力的影响。研究结果表明:当矩形截面双模量梁的长高比小于一定值时,剪切变形会对矩形截面双模量梁弯曲正应力产生较大的影响;拉压弹性模量相差较大的双模量材料梁弯曲应力的计算,应采用双模量材料力学理论进行分析计算,而采用经典材料力学理论进行分析计算是不合适的。     

试论引起地壳水平构造应力变化的主因

本文通过论证说明引起地壳水平构造应力变化的主因是地壳法向应力分量的变化。地球自转角速度变化引起离心惯性力变化,而离心惯性力法向应力分量变化引起的地壳水平应力远远大于离心惯性力水平应力分量变化所导致的地壳水平应力。李四光在研究地壳水平应力时,将离心惯性力法向应力分量忽略不计是不合理的。