节段拼装变截面波形钢腹板连续组合箱梁的剪切性能试验研究

为了研究节段预制拼装波形钢腹板连续组合箱梁的抗剪性能,制作两片缩尺试验梁,包括节段拼装变截面波形钢腹板连续箱梁和相同尺寸的整体浇筑变截面波形钢腹板连续箱梁. 通过静力试验和数值分析,得到了节段拼装梁的剪应力分布规律、波形钢腹板承剪比例等. 结果表明：在中跨对称加载作用下,中跨1/4位置处节段拼装梁与整体梁波形钢腹板的剪应力沿梁高方向均匀分布,节段拼装梁的剪应力值要大于整体梁的相应值. 推导出节段拼装变截面波形钢腹板组合箱梁的剪应力计算公式,并考虑施工工艺对剪应力的影响,通过与实测值对比验证公式的准确性. 两片试验梁的波形钢腹板的承剪比受荷载影响较小,保持一个恒定的比例;两片试验梁在中支座位置处的钢腹板承剪比均为50%,并沿着试验梁纵向方向向两侧不断增大;在中跨1/4位置,节段拼装梁钢腹板的承剪比达到85%以上,整体梁的钢腹板在该位置的承剪比在75%左右,两片试验梁在边跨相应位置承剪比相差不大. 将适用于节段拼装混凝土箱梁的AASHTO接缝抗剪强度计算公式乘0.9可用于接缝截面抗剪承载力计算;上述公式值与试验值、有限元结果的误差在5%左右,可以较好地预测钢混组合结构胶接缝的抗剪强度.     

单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转剪应力分析

波形钢腹板组合箱梁扭转刚度小、截面易发生翘曲变形.为合理计算单箱多室波形钢腹板组合箱梁约束扭转时的剪应力,对剪力流进行分解,根据剪力流的传递路径、微元体纵向平衡及翘曲位移连续性,引入能够反映各室箱壁剪力流传递规律的常数,考虑波形钢腹板的褶皱效应推演出截面几何特性和剪应力的实用计算公式.基于Reissner原理建立约束扭转控制微分方程,并用初参数法求得解析解.用该文解析法和ANSYS有限元法计算偏心荷载作用下简支箱梁的扭转剪应力,并引入反映扭转剪应力对总剪应力影响的剪应力增大系数和翘曲剪应力对扭转剪应力贡献的剪应力系数,详细分析了梁宽和箱室数量对剪应力的影响.研究结果表明：该文解析解与ANSYS有限元解吻合良好;梁宽增大和箱室数量增加均可降低扭转剪应力;约束扭转使得外腹板剪应力增大系数达到1.69,且腹板间的总剪应力表现出明显的分布不均匀性;翘曲剪应力对扭转剪应力的影响显著,设计时不可忽略;设计时应考虑混凝土顶底板扭转剪应力对主拉应力的影响,避免斜裂缝的产生.     

大跨度变截面波形钢腹板组合连续箱梁桥剪力滞效应研究

目的确定影响剪力滞系数的主要几何参数,总结计算翼缘有效宽度比的经验公式.方法基于有限元软件Midas/FEA,计算集中(均布)荷载作用下腹板厚度、顶板厚度、荷载类型、宽跨比等因素对大跨度变截面波形钢腹板组合连续箱梁剪力滞效应的影响,找出其中对剪力滞效应有主要影响的几何参数,利用数据回归分析方法研究翼缘有效分布宽度取值问题.结果剪力滞效应受荷载作用类型影响较大.明确宽跨比是影响箱梁剪力滞效应的主要几何参数.结论建立了集中荷载作用下波形钢腹板组合箱梁翼缘有效分布宽度计算的经验公式.     

变截面波形钢腹板组合梁剪力滞效应

为了求解变截面波形钢腹板组合梁截面的剪力滞效应,研究了剪力滞翘曲位移函数模式,证明了按二次抛物线定义翘曲位移函数具有较高的求解精度。基于最小势能原理,利用变分法,推导了等截面波形钢腹板组合梁截面的翘曲位移函数的计算公式;在此基础上,运用差分法,进一步推导了变截面波形钢腹板组合梁截面的翘曲位移函数、附加弯矩、挠度以及剪力滞系数的递推计算公式。研究结果表明:按二次抛物线形式定义广义纵向位移函数对于变截面波形钢腹板组合梁同样可行;宽跨比是个敏感参数,差分法可用于求解任意荷载、任意边界条件下的变截面波形钢腹板组合梁截面的剪力滞系数。最后利用工程实例实测结果和有限元计算结果加以验证,3种方法所得结果吻合。     

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.     

基于换算剪力的变截面箱梁弯曲剪应力计算方法

为了简化变截面箱梁剪应力计算方法,运用梁段微分关系和微元体平衡微分方程建立了变截面箱梁剪应力的传统计算方法.在分析各项剪应力横向分布模式之间相似性的基础上,提出截面换算剪力的概念,并引入剪应力分项系数,建立了变截面箱梁剪应力的简化计算方法.变截面悬臂箱梁算例分析表明:简化计算方法得到的剪应力与传统计算方法结果和有限元解...     

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。     

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。     

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.     

南京绕越高速玉春桥钢腹板箱梁现场试验研究

江苏省南京绕城高速公路玉春车行天桥采用波纹钢腹板预应力混凝土箱梁,目前针对该新型箱梁结构形式的研究多采用缩尺模型和有限元分析,缺乏工程现场试验数据.本文结合玉春桥结构特点,制定可用于现场拟静载试验的试验方法和测试技术,通过现场监测获得了波纹钢腹板箱梁变形、正应变试验数据,进而分析了波纹钢腹板梁的抗弯、抗剪、抗扭性能.分析结果表明,现场试验结果规律与理论规律基本吻合;波纹钢腹板箱梁混凝土顶、底板正应变符合"拟平截面假定",且钢腹板上的应变较小;箱梁存在较明显的正剪力滞效应;在偏心荷载作用下,波纹钢腹板箱梁存在约束扭转,产生附加正应力,箱梁两侧钢腹板倾角有所不同;箱梁截面实际中性轴受防撞墙及周围结构的影响可能较理论位置上移.     

曲线波纹钢腹板组合箱梁剪力滞翘曲位移函数研究

目的 为解决曲线组合箱梁剪力滞效应分析方法、计算理论存在局限性的问题,提出一种解析的求解方法.方法 考虑滑移效应和弯扭耦合影响的同时,基于最小势能原理,建立分别基于抛物线型和余弦函数型位移函数的曲线波纹钢腹板组合箱梁的剪力滞效应的控制微分方程,及数值计算公式.通过对曲线波纹钢腹板组合箱梁实取截面进行计算分析,采用加权余...     

波形钢与混凝土混合多箱室斜拉桥的剪力滞效应

国内外多箱室的波形钢腹板矮塔斜拉桥已建造较多,但是波形钢与混凝土组合腹板的单箱多室的矮塔斜拉桥还很少见,这种新型的组合箱型截面的剪力滞效应有待深入探讨。目前,设计上分析剪力滞效应的常用分析方法多采用平面梁格模型、单梁模型、实体模型等,这些计算模型在分析剪力滞效应的各项应力指标时缺乏精细化,而空间网格分析模型可弥补这些分析方法的缺陷;因此,本文采用空间网格分析方法来探讨分析矮塔斜拉桥剪力滞效应。首先,详述了剪力滞效应的原理、空间网格分析方法及验证波形钢腹板空间网格分析方法的可行性,然后以一座波形钢与混凝土组合腹板的单箱多室的矮塔斜拉桥为典型案例,通过空间网格模型来分析其剪力滞效应。结果表明:此类箱梁的顶板表现出明显的正剪力滞、底板表现出较小的正剪力滞,混凝土腹板处的正剪力滞效应明显大于波形钢腹板处,各个工况的剪力滞系数表现出一定的变化规律。通过案例分析得出了此类钢混组合结构关键截面的剪力滞系数沿横向和纵向的分布规律,可为同类型工程提供参考。同时也由此验证了空间网格分析方法的有效性和准确性,弥补了常规分析手段的不足,为桥梁的精细化设计开拓新的思路和方向。     

基于预应力效应的波形钢腹板曲线箱梁扭转应力分析

为深入研究预应力效应对波形钢腹板曲线箱梁翘曲应力的影响,将预应力等效荷载应用到波形钢腹板曲线箱梁的计算中。通过乌曼斯基第二翘曲理论,根据波形钢腹板曲线箱梁的力学特性,建立了考虑预应力效应的波形钢腹板曲线箱梁的扭转微分方程,并采用初参数法求得约束扭转应力。研究结果表明:在非对称布置预应力钢束的情况下,将考虑预应力效应与不考虑预应力效应所引起的约束扭转应力进行对比,得到由预应力效应所引起的约束扭转正应力的比例达到33%,由预应力效应所引起的约束扭转剪应力的比例达到14.28%,由此可见在非对称布筋的情况下预应力效应产生的扭转效应不能忽视。将本研究的计算结果与有限元计算结果进行比较,吻合较好,表明本研究计算方法精度较高,可进一步完善波形钢腹板曲线箱梁桥的计算理论。     

波形钢板内衬混凝土部位抗剪强度

为了研究波形钢腹板内衬混凝土部位的抗剪性能,基于室内模型试验,开展了内衬混凝土的直钢板和波形钢板抗剪试验,同时采用不设内衬混凝土的直钢板和波形钢板模型进行对比试验研究.提出了波形钢板内衬混凝土部位的拉-压杆抗剪强度计算模型,给出了压杆宽度影响系数值为0.188.试验结果表明,内衬混凝土受压杆与波形钢腹板受拉杆形成X桁架,共同提供抗剪承载能力.设置内衬混凝土的波形钢板抗剪强度比对应的直钢板大.在波形钢腹板箱梁正常使用阶段的应力验算时,可直接采用波形钢腹板和内衬混凝土的刚度比值进行验算.     

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.     

波形钢腹板箱梁手风琴效应对预应力效率的提高研究

通过波形钢腹板箱梁加载预应力试验,以及其与有限元模型数据的对比,对波形钢腹板手风琴效应对预应力效率的提高进行了研究。通过试验数据,可以看出在张拉预应力时,波形钢腹板像手风琴一样发生了压缩现象,相较混凝土腹板箱梁,其顶底板的应力有着很明显的提高,与直钢腹板箱梁相比较,也有着一定的提升。由于波形钢腹板的手风琴效应,使得箱梁的预应力效率得到了提高,这在实际工程中有着重要的应运。     

新型节段拼接箱梁桥抗剪性能试验研究

针对预应力混凝土箱梁桥施工质量不易保证的问题,提出梁端预制拼接的施工方法,采用精细化加工的箱梁锚固端节段,通过剪力键与混凝土箱梁的现浇节段纵向拼接,从而避免由于施工原因造成的预应力箱梁桥长期性能退化。作为拼接箱梁桥受力的关键构件,梁端承受剪力作用的结合面的受力最为不利,因此本文采用足尺模型试验和有限元计算的方法,对新型节段拼接混凝土箱梁桥抗剪性能进行研究。试验、有限元计算和参数分析结果表明,所建立的有限元模型能较好地模拟节段拼接箱梁桥在试验荷载作用下的抗剪性能;带剪力键的箱梁节段结合面是该类型桥梁受力最薄弱的部位;试验模型在试验荷载的作用下,其主要破坏模式是在箱梁节段之间传递剪力的剪力键发生破坏;桥梁抗剪极限承载力与剪力键尺寸成正比,与腹板剪力键和顶板剪力键的数量成正比,但与底板剪力键的数量关系不大。     

大跨度单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥设计

结合钢腹板连续组合箱梁的结构受力特点和混凝土与钢材的连接特点,针对单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥进行了有限元分析,有限元分析模型以红棉大道工程一期主桥为依托,利用商业软件midas,对单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥进行抗弯计算、抗剪计算,以其有限元计算的数据为基准,揭示了该工程针对大跨度单箱双室波形钢腹板连续组合箱梁桥的设计的改善方法.     

轨道交通“双U+箱形”截面桥梁剪力滞效应简化计算方法

针对轨道交通“双U+箱形”组合梁截面,通过分析其竖向弯曲时截面上的剪力流分布规律,引入顶板悬挑段与顶板、底板与顶板剪力流的比来反映截面剪力流对剪切变形的影响,定义各翼板符合其剪切变形规律的翘曲位移函数,基于能量变分法推导剪力滞的控制微分方程,建立连续梁剪力滞效应简化计算方法。以“双U+箱形”组合连续梁为算例,将自重和轨检车荷载单独作用下的剪力滞系数解析解与有限元结果进行对比分析,并讨论梁高和腹板厚度对剪力滞效应的影响。结果表明：按简化计算方法得到的应力与有限元结果吻合较好,轨检车荷载作用下的剪力滞效应比均布荷载作用下的更为明显,且梁高和腹板厚度的变化会减弱截面的剪力滞效应。本文提出的简化计算方法可为复杂截面连续桥梁安全评估提供参考。