变截面波纹钢腹板连续刚构桥拟平截面假定试验研究

设计制作了3跨单箱单室变截面波纹钢腹板连续刚构桥试验模型,结合试验和有限元数值模拟,对变截面波纹钢腹板连续刚构桥的"拟平截面假定"进行研究.结果表明:当波纹钢腹板箱梁受弯矩作用时,波纹腹板的轴向抗力可以忽略不计,弯矩基本都由顶底板共同承担;试验梁中跨3/8、1/4截面沿梁高度纵向应变分布趋势与中跨1/2截面基本一致;中跨支座截面沿梁高度纵向应变方向与中跨1/2、3/8、1/4截面相反,且顶底板应变基本相同;中跨1/2截面和中跨支座截面应变分布满足"拟平截面假定",中跨3/8、1/4截面不符合该假定,但从中跨1/4截面到1/2截面的应变分布趋于吻合该假定.     

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.     

钢腹板-混凝土组合箱梁试验研究与有限元分析

进行波形钢腹板-混凝土组合箱梁和平钢腹板-混凝土组合箱梁的模型试验.提出模拟钢腹板-混凝土组合结构的有限元方法,并在大型通用程序ANSYS中实现.有限元计算结果得到了模型梁试验结果的验证,可用于钢腹板-混凝土组合结构的数值分析.试验与数值分析结果表明,两种组合箱梁的总体受力在弹性阶段和弹塑性阶段相似.相对于平钢腹板-混凝土组合箱梁,波形钢腹板-混凝土组合箱梁由于波形钢腹板的折迭效应,其抗变形能力和抗裂性能较相对较弱,但抗剪性能和抗屈曲能力较好.在破坏模式上,波形钢腹板-混凝土组合箱梁属于整体破坏,平钢腹板-混凝土组合箱梁属于平钢腹板局部屈曲破坏,其极限承载力小于波形钢腹板-混凝土组合箱梁.平钢腹板刚度小,在实际工程应用过程中应进行加劲,以防止局部屈曲破坏早于整体破坏的发生,同时也有利于避免施工过程的局部变形.     

波形钢腹板PC组合箱梁内衬混凝土部位温度分布研究

波形钢腹板PC箱梁桥内衬混凝土部位的材料不同,在日照作用下,混凝土与钢材部位的温度分布也不同,因此有必要对其腹板温度场进行研究.本文依托宁夏叶盛黄河公路大桥,利用无线采集仪模块和温度传感器,首次开展了波形钢腹板内衬混凝土部位的温度梯度研究.通过对内衬混凝土截面32个测点进行分析,得到混凝土及波形钢腹板的温度变化规律.利用最大极值分布对百年一遇的极端气温进行预测.研究表明:波形钢腹板箱梁的混凝土顶板、底板和内衬混凝土的竖向温度梯度可按照桥梁规范取值即可.腹板的波纹钢和混凝土材料性质不同,在升温时,存在不同的温度梯度;由于太阳辐射原因,波形钢腹板向阳侧和背阳侧温度梯度模式存在差异,在16点时,内衬混凝土部位的波纹钢和内衬的温差沿高度分布规律为:向阳侧呈现正弦曲线分布,背阳侧呈现梯形分布.本研究首次提出的波形钢腹板内衬混凝土部位的温度梯度可以为该类桥梁设计提供参考.     

波形钢腹板组合箱梁桥动力特性有限元分析与荷载试验

采用ANSYS建立了波纹钢腹板混凝土箱粱的空间有限元模型,并通过与波纹钢腹板混凝土试验箱梁实测值的对比,验证了有限元模型的适用性.     

双层集中荷载作用腹板开孔混凝土简支箱梁模型试验研究

为揭示面向双层交通混凝土箱梁抗弯受力性能,对1/6比例腹板开孔、单箱三室混凝土箱梁模型,在弹性范围内进行了上下集中荷载抗弯受力性能试验研究.试验重点测试了不同荷载工况下的特征截面的应变分布及挠度变形;通过试验研究与分析,初步揭示了同样大小集中荷载作用在底板较顶板挠度大10%左右;截面应变分布不均匀,存在集中加载处应变较截面平均应变大20%~40%的现象.试验研究成果可为双层交通混凝土箱梁设计提供试验依据和参考.     

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.     

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...     

截面形式对波纹钢腹板桥梁动力特性的影响

随着对波纹钢腹板新型桥梁研究的深入开展,其动力性能也备受关注.波纹钢腹板桥梁截面形式的不同,对其动力性能有着很大的影响.本文针对常用的单箱双室和双箱双室两种截面形式,分别建立了有限元模型,得到了其自振特性,对其动力特性进行了分析比较.分析结果表明:波纹钢腹板箱梁在正常使用状态下,双箱双室截面的扭转刚度较截面为单箱双室箱梁偏低,整体性较差.本文的研究成果可以为波纹钢腹板桥梁的设计提供参考.     

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.     

新型内衬组合波形钢腹板的剪切行为

针对内衬混凝土约束波形钢腹板褶皱效应致使支承区预应力导入效率降低的不足,提出了一种采用滑槽-栓钉式连接的新型内衬. 为探索设置新型内衬对波形钢腹板褶皱效应和剪切性能的影响,设计了分别采用纯波形钢腹板和新型内衬组合波形钢腹板的工字钢梁试件,通过本构关系、焊接残余应力和几何初始缺陷幅值的敏感性分析,建立了数值模拟方案,并将数值模拟结果与文献试验结果对比,以验证模拟方案的合理性. 随后对比研究了新型内衬组合波形钢腹板和纯波形钢腹板的轴向刚度、应变分布、屈曲模态和抗剪强度. 结果表明：所采用的数值模拟方案能准确模拟结构的屈曲模态、极限承载力和应变分布. 设置新型内衬后,结构的轴向刚度基本不变;纯波形钢腹板和新型内衬组合波形钢腹板的正应变和剪应变分布基本一致,且正应变均服从拟平截面假定,剪应变沿腹板高度均匀分布;设置新型内衬前后腹板屈曲模态均为交互屈曲模式;设置新型内衬后,结构的极限承载能力提高约23%,破坏时的竖向挠度增大约71%;设置新型内衬提升了腹板的面外刚度,约束了早期面外位移的开展速度,在加载后期,新型内衬的存在限制了面外位移的开展程度.     

波纹钢腹板预应力混凝土组合箱梁抗扭性能

根据乌氏第二理论对波纹钢腹板预应力混凝土箱梁的扭转性能进行了研究,分析了箱梁截面在偏心荷载作用下的约束扭转和畸变特性,建立了空间有限元模型,并对理论分析进行了验证.分析结果表明:在偏心荷载作用下,由约束扭转产生的翘曲正应力为弯曲应力的5.9%,跨中截面钢腹板剪应力为弯曲剪应力的14.8%,由畸变引起的翘曲正应力为弯曲正应力的29%;针对跨径较小的简支梁,畸变产生的翘曲正应力约为约束扭转产生的翘曲正应力的5倍;偏载引起的效应在整体效应中所占的比重较大,在计算过程中不可忽略.     

波形钢腹板箱梁桥面板横向内力计算的框架分析法

基于框架分析法的基本原理,结合波形钢腹板箱梁的结构特点和力学特性,建立了适用于其桥面板横向内力的计算模型.该计算模型能够反映横向框架作用和箱梁畸变效应对桥面板横向内力的影响.通过与相关室内模型试验数据和有限元分析结果的对比可知,框架分析法计算值与有限元结果、试验值吻合,误差均在10％以内,验证了此计算模型的正确性.并采用上述模型分析了钢腹板线刚度变化对桥面板横向内力的影响,结果表明在波形钢腹板箱梁截面上的腹板间距确定的条件下,波形钢腹板与混凝土顶板的线刚度比是影响桥面板横向内力的重要因素.     

矩形钢管混凝土构件剪切性能研究

为研究矩形钢管混凝土构件的剪切性能,建立矩形钢管混凝土构件受剪的有限元模型,并采用现有的试验数据对该模型进行验证.利用该模型进行机理分析和参数分析,分析剪应力的分布规律,并分析截面高宽比、截面尺寸和约束效应系数对核心混凝土抗剪强度的影响规律.研究结果表明:钢管的剪力主要由钢腹板承担;随着钢管约束效应系数的增大,核心混凝土的抗剪强度明显提高;截面高宽比和截面尺寸不影响核心混凝土的抗剪强度.在参数分析和机理分析的基础上建议了矩形钢管混凝土构件抗剪承载力的简化计算公式.     

腹板倾角对波纹腹板钢箱梁地震响应的影响

为研究腹板倾角对波纹腹板钢箱梁地震响应的影响,以某波纹腹板钢箱简支梁为工程背景,通过控制主梁混凝土顶板宽度、钢底板宽度及钢箱内截面面积设定3种工况,利用ABAQUS有限元软件建立各工况下不同波纹钢腹板倾斜角度的三维有限元模型,分析了3种工况下腹板倾斜角度对主梁动力特性的影响规律,并选用E2水平的反应谱对主梁结构进行反应谱分析.研究结果表明：腹板倾角会降低波纹腹板钢箱梁的竖向抗弯及扭转刚度,倾角越大,主梁基频越小,底板宽度不变倾角30°时结构的横向抗弯刚度最大;主梁在地震作用下,最大应力出现在固定支座处,最大位移在主梁跨中截面,与腹板倾角无关;随着腹板角度的增加,主梁地震响应越大,对支座的性能要求也随之增加.     

十字形截面钢-混凝土组合异形柱受力性能及有限元分析

为解决十字形截面异形柱的薄弱问题,在钢筋混凝土异形柱内部添加型钢以改善其受力性能。对不同轴压比和不同配钢形式的钢-混凝土组合异形柱进行拟静力试验,对比柱根部的型钢应变、箍筋应变、混凝土应变的变化规律。研究表明:添加型钢可明显改善试件的受力性能。T形钢的腹板和翼缘的竖向应变大于实腹式配钢试件中的型钢腹板和翼缘的应变。腹板箍筋中与剪力方向平行箍肢的应变大于与剪力方向垂直的箍肢的应变,添加型钢可提高异形柱腹板的抗剪性能。在试验的基础上,采用有限元软件进行数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好。     

几何参数对预应力波纹钢腹板连续箱梁屈曲荷载的影响研究

为了防止预应力波纹钢腹板连续箱梁发生屈曲破坏,文中以某大桥为工程背景,通过空间有限元法分析了预应力波纹钢腹板连续箱梁在各种腹板尺寸参数下,钢腹板屈曲临界荷载的变化.计算结果表明:腹板折叠角越大,波纹钢腹板箱梁屈曲临界荷载越大;腹板越厚,屈曲临界荷载随厚度的增大而呈抛物线形的增加幅度越大;腹板倾斜角越大,屈曲临界荷载随倾斜角的增大逐渐增大而近似呈线性变化;腹板越高,屈曲临界荷载随着腹板高度的增大而减小.因此,合理选择腹板的几何尺寸对预应力波纹钢腹板箱梁桥的屈曲稳定起着重要的作用.     

大跨度开口钢箱-混凝土组合梁工作性能

为了解剪力连接程度和腹板高厚比对钢-混凝土组合箱梁非线性性能、极限承载力、破坏方式的影响,进行3个不同设计参数的组合箱梁单调荷载作用下抗弯性能试验研究.对组合箱梁的破坏形态、混凝土面板与钢箱梁间滑移、截面整体工作性能、正截面受弯承载力与剪力滞后等进行研究.试验研究结果表明:组合箱梁破坏模式与剪力连接程度和腹板高厚比有关,组合箱梁的破坏模式有弯曲破坏、失稳破坏和滑移破坏,在正常荷载作用下,结构处于弹性工作状态.完全剪力连接时,箱梁满足平截面假定,不完全剪力连接时平截面假定不再成立;在弹性阶段滑移与荷载成正比,在弹塑性阶段滑移曲线出现转折.     

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.     

波纹腹板H型钢主次梁铰接节点受力性能

进行了2个波纹腹板H型钢主次梁铰接节点的静力试验,分析了节点的静力承载能力,研究了节点各截面的内力分布,并将各截面的内力分布试验值与理论公式的计算结果进行对比,验证了理论公式在计算各截面内力分布时的可靠性.提出波纹腹板H型钢主次梁铰接节点各部件的承载力设计公式,通过将节点各部件的设计承载力与试验承载力的结果进行对比,验证了波纹腹板H型钢主次梁铰接节点设计公式的有效性.